基板処理方法及び基板処理装置
【課題】配線の表面に配線保護膜を形成した後、配線間の絶縁膜を効率よく除去し、しかも、その後、配線間に所望形状の空隙を形成しながら、基板の表面に絶縁膜を成膜できるようにする。
【解決手段】絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線を形成した基板を用意し、配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成し、第１配線保護膜を表面に形成した配線間の絶縁膜をエッチング除去し、第１配線保護膜を下地として該第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成する。
【解決手段】絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線を形成した基板を用意し、配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成し、第１配線保護膜を表面に形成した配線間の絶縁膜をエッチング除去し、第１配線保護膜を下地として該第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成し、更にこの埋込み配線の表面を配線保護膜で選択的に覆って保護し、かつ配線間の絶縁膜の内部に空隙を形成した、いわゆるエアギャップ構造を有する多層配線構造とするのに使用される基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、絶縁膜（層間絶縁膜）に予め形成した配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
従来、この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、信頼性向上のため、絶縁膜への配線材料（銅）の熱的拡散を防止しかつエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためのバリア膜を配線の底面及び側面に形成したり、その後、絶縁膜（酸化膜）を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合の酸化性雰囲気における配線材料（銅）の酸化を防止したりするため酸化防止膜を形成するなどの方法が採用されている。従来、この種のバリア膜としては、タンタル、チタンまたはタングステンなどの金属あるいはその窒化物が一般に採用されており、また酸化防止膜としては、シリコンの窒化物または炭化物などが一般に採用されていた。
【０００４】
近年、ULSIの高集積化の進展に伴い、配線幅の寸法が１００ｎｍ以下と微細になり、配線における信号の遅延がデバイスの動作スピードを左右するようになってきている。デバイスの性能を更に向上させるために、比誘電率の低い層間絶縁膜材料、いわゆるLow-k材の開発が盛んに行われてきている。しかし、層間絶縁膜にあまり低いｋ値（誘電率）の絶縁材料を使うと、強度上の問題で安定な製造プロセスが確立出来難くなる。一つの解決策として、配線間の絶縁膜を取り除いた後、上層の絶縁膜を再度堆積することによって、配線間の絶縁膜の内部に空隙を形成するようにした、いわゆるエアギャップ構造の配線およびその形成方法が提案されている（例えば、非特許文献１〜３、及び特許文献１参照）。
【０００５】
次に、配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを有する配線構造の代表的な２つの製造例を説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）及び図２は、レジストパターンニングを用いて配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する方法を示す。まず、図１（ａ）に示すように、絶縁膜５０の内部に表面を露出させ周囲をバリア層５２で覆ったダマシン構造の配線５４を形成した基板Ｗを用意する。そして、図１（ｂ）に示すように、配線５４の表面に合金等からなる配線保護膜５６を選択的に形成して配線５４を保護する。
【０００６】
次に、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜５０及び配線５４の表面に絶縁材料からなる拡散防止膜５８を形成し、更にレジスト膜６０によるパターンニングを行って、レジスト膜６０の所定の位置に開口６０ａを形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、レジストパターンを用いて配線５４間に位置する絶縁膜５０及びその上の拡散防止膜５８をエッチング除去する。しかる後、図１（ｅ）に示すように、基板Ｗの全表面に配線５４の上方まで達する絶縁膜（層間絶縁膜）６２を成膜して、配線５４間に位置する絶縁膜６２の内部に空隙（エアギャップ）６４を形成する。この絶縁膜６２には、上層の配線が形成される。
【０００７】
この方法では、合金等から配線保護膜５６の上に更に絶縁材料からなる拡散防止膜５８が存在するが、配線５４を構成する銅等や酸素の拡散に対するバリア性が配線保護膜５６で確保できれば、拡散防止膜５８を省くことも考えられる。
【０００８】
図３（ａ）乃至（ｄ）及び図４は、レジストパターンニングを使用することなく、エッチングによって、配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する方法を示す。まず、図３（ａ）に示すように、絶縁膜５０の内部に表面を露出させ周囲をバリア層５２で覆ったダマシン構造の配線５４を形成した基板Ｗを用意する。そして、図３（ｂ）に示すように、配線５４の表面に合金等からなる配線保護膜５６を選択的に形成して配線５４を保護する。
【０００９】
次に、図３（ｃ）に示すように、配線５４間に位置する絶縁膜５０をエッチングにより除去する。しかる後、図３（ｄ）に示すように、基板Ｗの全表面に配線５４の上方まで達する絶縁膜（層間絶縁膜）６２を成膜して、配線５４間に位置する絶縁膜６２の内部に空隙６４を形成する（図２(ｄ)）。
この方法では、レジストパターンを形成するステップが不要となって、プロセスがより簡便になる。
【非特許文献１】“A Novel SiO2-Air Gap low-k Copper Dual Damascene Interconnect”, V. Arnal et al. pp.71-86, Proc. Advanced Metallization Conference, 2000
【非特許文献２】“General review of issues and perspectives for advanced copper interconnections using air gap as ultra-low K material”, L.G. Gosset, et.al. pp.65-67, IITC, 2003
【非特許文献３】“Manufacturable Low Keff (Keff<2.5) Cu Interconnects by Selective/Low Damage Air Gap Formation, T. Harada, pp.15-17, IITC, 2006
【特許文献１】特開２００６−１２０９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の２つの例では、配線５４間に位置する絶縁膜６２の内部により大きな空隙６４を形成しながら該絶縁膜６２を堆積できるようにするため、配線保護膜５６の両側縁がバリア層５２の側方まで張出すような方法（配線保護膜の「傘」効果）が用いられる。この配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出し寸法が大きいほど、配線保護膜の「傘」の効果が大きく、このため、配線５４間の絶縁膜６２の内部に形成される空隙（エアギャップ）６４が大きくなる（図１（ｅ）及び図３（ｄ）参照）。しかし、配線５４間の絶縁膜５０をエッチング除去する際（図１（ｄ）及び図３（ｃ）参照）、配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出し寸法が大きいほど、エッチングされる絶縁膜５２の量が小さくなり、後に堆積される絶縁膜６２の内部に形成される空隙６２は小さくなりやすい（妨害効果）。特に、直進性の強いドライエッチングの場合、配線保護膜５６のバリア層５２の側方への張出しにより影響が一層顕著に現れる。このため、ドライエッチングと同方性の強いウェットエッチングの併用が必要となり、プロセスのステップの増加によるコストアップに繋がる。
【００１１】
逆に、配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出し寸法が小さく、例えば、配線保護膜６２のバリア層５２の側方へ張出しが無い極端の場合には、配線５４間の絶縁膜５０をエッチング除去しやすくなるが、後に絶縁膜６２を堆積する際、配線保護膜の「傘」効果がないため、配線５４間に堆積される絶縁膜６２の内部に大きな空隙６４を形成することが困難になる。仮に、初期に配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出しがあったとしても、絶縁膜５０のエッチングの時に配線保護膜５６もある程度エッチングされ、配線保護膜の「傘」効果が薄まってしまう。そこで、後に絶縁膜６２を堆積するには、カバレージ率が低く且つ埋込み性能が悪い材料及び堆積条件に絞らざるを得ず、絶縁膜材質及び成膜プロセス条件の選択にかなりの制限を受けることになる。
【００１２】
以上のように、配線保護膜のバリア膜の側方への張出し寸法は、配線間の絶縁膜の内部に形成される空隙の大きさを支配する主要な因子であり、絶縁膜をエッチングする時の妨害と、後に絶縁膜を堆積させる時の「傘」効果の両面から、相反する性質を持っている。
配線保護膜は、エアギャップ形成時に配線をエッチングから保護する保護効果及び「傘」効果と同時に、配線の信頼性に大きく左右するエレクトロマイグレーションの向上に大きく寄与する。
【００１３】
また、従来の方法では、絶縁膜の内部にエアギャップ形成するために、まず、無電解めっき装置を用いて配線の表面に配線保護膜を形成し、後洗浄及びリンス処理を施して乾燥させた後に、基板を装置から取り出している。その後、絶縁膜の内部にエアギャップを形成するために絶縁膜のエッチング除去が必要となった場合には、他の装置で絶縁膜のエッチングを行い、再び基板を洗浄し乾燥させるようにしている。このため、設備の増設に繋がるばかりでなく、スループットが低下するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、配線保護膜のバリア膜の側方への張出し寸法の配線間に位置する絶縁膜の内部に形成される空隙の大きさに対する相反する効果を解消するために、配線の表面に配線保護膜を選択的に形成した後、配線間の絶縁膜を効率よく除去し、しかも、その後、基板の表面に上層の絶縁膜を成膜しながら、配線間の絶縁膜の内部に所望形状の空隙を形成できるようにした基板処理方法、及び配線の表面への配線保護膜の形成から配線間の絶縁膜のエッチング除去までの一連の処理を効率よく行うことができるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線を形成した基板を用意し、前記配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成し、前記第１配線保護膜を表面に形成した配線間の絶縁膜をエッチング除去し、前記第１配線保護膜を下地として該第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成することを特徴とする基板処理方法である。
【００１６】
これにより、第１配線保護膜をその両側縁部がバリア層の側方に張出さないか、または僅かに張出すように形成することで、その後、配線間の絶縁膜のエッチング除去を効率的に行い、しかも両側縁部がバリア層の側方に更に張出すように第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を形成することで、その後、配線間に所望形状の空隙を形成しながら、基板の表面に絶縁膜を容易に成膜することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記第１配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅とほぼ等しく、前記第２配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅より大きいことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。
請求項３に記載の発明は、前記第２配線保護膜を形成した基板の表面に、配線間に空隙を形成しながら、絶縁膜を成膜することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法である。
配線間に位置する絶縁膜の内部に大きな空隙を形成することで、配線間の誘電率を大幅に低減させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成される、同じ材質の合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。
第１配線保護膜と第２配線保護膜の組成は、必ずしも同じ材質である必要はないが、共に無電解めっきで形成される同じ材質の合金膜にすることで、第１配線保護膜及び第２配線保護膜の製作の便を図ることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成され、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜の少なくとも一方はコバルト合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。
このように、第１配線保護膜と第２配線保護膜の少なくとも一方にコバルト合金を使用することで、例えば配線に銅を使用した場合における銅の拡散に対する優れたバリア性および保護材としてのエッチング耐性が同時に得られる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記絶縁膜のエッチング除去を、反応性ガスを使用するドライエッチング及び薬液を使用するウェットエッチングの少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成する第１成膜ユニットと、前記配線間の絶縁膜をエッチング除去するエッチングユニットと、前記エッチングユニットで絶縁膜をエッチング除去した後に、前記第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成する第２成膜ユニットを有することを特徴とする基板処理装置である。
これにより、第１成膜ユニットで配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成した後、基板を装置から取り出すことなく、配線間の絶縁膜をエッチングユニットでエッチング除去し、しかる後、第１配線保護膜の表面に第２成膜ユニットで第２配線保護膜を選択的に形成することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記第１及び第２成膜ユニットは共に無電解めっきユニットで、めっき前処理を行う前処理ユニット、基板の後洗浄を行う後洗浄ユニット、及び基板を乾燥させる乾燥ユニットを更に有することを特徴とする請求項７記載の基板処理装置である。
このように第１及び第２成膜ユニットを共に無電解めっきユニットとすることで、１台の無電解めっきユニットで第１及び第２成膜ユニットを兼用させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記エッチングユニットは、反応性ガスを使用するドライエッチングユニットまたは薬液を使用するウェットエッチングユニットであることを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の基板処理方法によれば、配線の表面に第１配線保護膜を形成した後、第１配線保護膜に阻害されることなく、配線間の絶縁膜を効率よくエッチング除去することができる。そして、第１配線保護膜の表面に第２保護膜を形成した後、基板の表面に絶縁膜を成膜すると共に、配線間に位置する絶縁膜の内部に所望形状及び大きさの空隙を容易に形成することができる。
【００２５】
本発明の基板処理装置によれば、成膜ユニットで配線の露出表面に配線保護膜を選択的に形成した後、基板を装置から取り出すことなく、配線間の絶縁膜をエッチングユニットでエッチング除去することができ、これによって、設備の増設を最小限に抑えるとともに、スループットを大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、配線保護膜を成膜する成膜ユニットとして、無電解めっきユニットを使用している。無電解めっきユニットの代わりに、ＰＶＤユニットやＣＶＤユニット等の他の成膜ユニットを使用しても良い。また第１配線保護膜及び第２配線保護膜を共にＣｏＷＰ合金で構成しているが、ＣｏＷＰ，ＣｏＰ，ＣｏＷＢ，ＣｏＢ，ＣｏＷＰＢ，ＮｉＷＰ，ＮｉＰ，ＮｉＷＢ，ＮｉＢ，ＮｉＷＰＢ，ＣｏＮｉＰまたはＮｉＭｏＰ等の他の合金で構成しても良い。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態の基板処理装置を示す平面配置図である。図５に示すように、この配線形成装置は、矩形状の装置フレーム２０と、装置フレーム２０に外付けされるロード・アンロードユニット２２を有し、装置フレーム２０の外壁には、制御ユニット２４が取付けられている。装置フレーム２０の内部は、仕切り板２６を介して、第１空間２８と第２空間３０に区画され、この第１空間３０の四隅に、基板のめっき前処理を行う第１前処理ユニット３２及び第２前処理ユニット３４、基板の表面に無電解めっきを行う無電解めっきユニット（成膜ユニット）３６、及び配線間の絶縁膜をエッチング除去するエッチングユニット３８が配置されている。
【００２８】
この例では、１台の無電解めっきユニット３６を備え、この無電解めっきユニット３６が第１無電解めっきユニット及び第２無電解めっきユニットとしての役割を兼用するようにしているが、第１無電解めっきユニット及び第２無電解めっきユニットとして２台の無電解めっきユニットを備えるようにしてもよい。
【００２９】
また、この例では、第１前処理ユニット３２で基板表面の前洗浄を行い、第２前処理ユニット３４で配線の表面にＰｄ等の触媒を付与する触媒付与処理を行うようにしている。配線保護膜（第１配線保護膜及び第２配線保護膜）として、配線の表面に触媒付与処理を行うことなく無電解めっきで成膜できる合金を使用した場合には、第２前処理ユニット３４を省略しても良い。また、第１前処理ユニット３２と第２前処理ユニット３４で異なる洗浄液を使用した２段の前洗浄を行うようにしても良い。
【００３０】
装置フレーム２０の内部には、第２空間３０内に位置して、基板の後洗浄を行う後洗浄ユニット４０と、基板を純水等でリンスして乾燥させる乾燥ユニット４２が配置されている。更に、第２空間３０内の後洗浄ユニット４０と乾燥ユニット４２に挟まれた位置に第１基板搬送ロボット４４が、第１空間２８内の第１前処理ユニット３２、第２前処理ユニット３４、無電解めっきユニット３６及びエッチングユニット３８に囲まれた位置に第２基板搬送ロボット４６がそれぞれ配置されている。
【００３１】
この例では、エッチングユニット３８として、薬液を使用してウエットエッチングを行うウェットエッチングユニットを使用しているが、反応性ガスを使用してドライエッチングを行うドライエッチングユニットを使用しても良い。またウェットエッチングユニットとドライエッチングユニットを併用しても良い。
【００３２】
次に、この基板処理装置による一連の基板処理について、図６及び図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
先ず、図７（ａ）に示すように、絶縁膜２の内部に表面を露出させ周囲をバリア層６で覆った配線８を形成した基板Ｗを用意する。なお、図７（ａ）は、下記のように、めっき前処理後の基板Ｗを示している。この基板Ｗの表面を上向き（フェースアップ）で収納した基板カセットをロード・アンロードユニット２２に搭載する。第１基板搬送ロボット４４は、基板カセットから１枚の基板Ｗを取り出し、第１前処理ユニット３２に搬送する。
【００３３】
第１前処理ユニット３２では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗを回転させながら、基板の下方に配置した多数のスプレーノズルからの有機酸液、または有機アルカリ等の洗浄液を基板Ｗに向けて噴射し、これによって、基板Ｗの表面に付着した、例えばＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）などの防食剤や配線８の表面に形成された銅酸化膜等を基板Ｗの表面から除去（前洗浄）する。そして、基板Ｗに向けてスプレーノズルから純水等のリンス液を噴射して基板Ｗをリンス（洗浄）し、洗浄後の基板Ｗを第２前処理ユニット３４に搬送する。
【００３４】
なお、この例では、第１前処理ユニット３２として、基板に向けてスプレーノズルから処理液を噴射する、いわゆるスプレータイプを使用しているが、基板を処理液中に浸漬させる、いわゆる浸漬タイプを使用してもよい。これは、第２前処理ユニット３４においても同様である。
【００３５】
第２前処理ユニット３４では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗを回転させながら、基板の下方に配置した多数のスプレーノズルからのＰｄ触媒付与液等の触媒付与液を基板Ｗに向けて噴射し、これによって、配線８の表面にＰｄ等の触媒を付与して該表面を活性化させる。そして、基板Ｗに向けてスプレーノズルから純水等のリンス液を噴射して基板Ｗをリンス（洗浄）する。この時の状態を図７（ａ）に示す。そして、触媒を付与した基板Ｗを無電解めっきユニット３６に搬送する。
【００３６】
無電解めっきユニット（第１無電解めっきユニット）３６では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗをめっき槽内の、例えば液温が８０℃の無電解めっき液（無電解ＣｏＷＰめっき液）中に浸漬させて、活性化された配線８の表面に選択的な無電解めっき（無電解ＣｏＷＰ蓋めっき）を施す。これにより、図７（ｂ）に示すように、配線８の表面に、ＣｏＷＰ合金からなる第１配線保護膜１０を選択的に成膜して配線８を保護する。この第１配線保護膜１０の幅Ｗ１は、配線８の幅Ａよりも大きく、配線８の幅Ａと配線８の両側に位置するバリア層６の幅（厚さ）ｔの合計より小さい（Ａ≦Ｗ１≦Ａ＋２ｔ）ことが好ましい。この第１配線保護膜１０の膜厚は、例えば３〜５０ｎｍ程度である。これにより、配線８の露出表面の全域を第１配線保護膜１０で覆い、しかもこの第１配線保護膜１０の側縁部がバリア層６の側方に張出すことを防止することができる。
【００３７】
そして、所定時間経過後、基板Ｗをめっき液の液面から引き上げ、基板Ｗに向けて純水等のめっき停止液を噴出し、これによって、基板Ｗの表面のめっき液を停止液に置換させて無電解めっきを停止させる。次に、例えば５００ｒｐｍ程度の比較的高速で基板Ｗを回転させて基板Ｗの液切りを行う。この第１配線保護膜１０を形成した基板Ｗをエッチングユニット３８に搬送する。
【００３８】
エッチングユニット３８では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗを処理槽内のエッチング液中に浸漬させ、これによって、図７（ｃ）に示すように、配線８間の絶縁膜２をエッチング除去する。このエッチング液としては、例えば第１配線保護膜１０と絶縁膜２のエッチング選択比が１：２０以上のＨＦを含む水溶液が使用される。そして、基板Ｗを純水等でリンス（洗浄）した後、後洗浄ユニット４０に搬送する。
【００３９】
このように、第１配線保護膜１０をその両側縁部がバリア層６の側方に張出さないように形成することで、その後に、第１配線保護膜１０の存在に阻害されることなく、配線８間の絶縁膜２をエッチングユニット３８で効率的にエッチング除去することができる。第１配線保護膜１０を、その両側縁部がバリア層６の側方に、下記のエッチングによって除去される程度の僅かに張出すように形成してもよい。
【００４０】
なお、無電解めっきユニット３６とエッチングユニット３８に共通の基板ホルダを使用し、この基板ホルダで基板をフェースダウンで保持したまま、無電解めっきユニット３６による無電解処理と、エッチングユニット３８によるエッチング処理を連続して行うようにしてもよい。また、エッチングユニット３８として、基板の向けてスプレーノズルからエッチング液を噴射するスプレータイプのものを使用しても良い。
【００４１】
後洗浄ユニット４０では、例えば基板Ｗの表面向けて洗浄液（処理液）をスプレーノズルから供給し、これにより、基板Ｗの表面および配線間の溝に残っている、絶縁膜残渣等の残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。この処理液としては、例えば、第１配線保護膜１０に対するエッチングレートが１〜１０ｎｍ／ｍｉｎの範囲で調合されたエッチング力を持つ有機酸溶液が使用される。これにより、第１配線保護膜１０上に残留する合金成分や不純物等を効率よく除去して、第１配線保護膜１０の選択性を一層増強させることができる。そして、この処理後の基板Ｗを純水等でリンス（洗浄）して、再度無電解めっきユニット（第２無電解めっきユニット）３６に搬送する。
【００４２】
無電解めっきユニット３６では、前述と同様に、例えば基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗをめっき槽内の、例えば液温が８０℃の無電解めっき液（無電解ＣｏＷＰめっき液）中に浸漬させて、第１配線保護膜１０を下地とした無電解めっき（無電解ＣｏＷＰ蓋めっき）を施す。これにより、図７（ｄ）に示すように、第１配線保護膜１０の表面に、ＣｏＷＰ合金からなる第２配線保護膜１２を選択的に成膜する。この第２配線保護膜１２の幅Ｗ２を、配線８の幅Ａと配線８の両側に位置するバリア層６の幅（厚さ）ｔの合計より大きく（Ａ＋２ｔ＜Ｗ２）し、これによって、第２配線保護膜１２の両側縁部にバリア層６の側方に張出す張出し部１２ａを形成する。この張出し部１２ａのバリア層６の側方への張出し幅Ｗ３は、配線８間に位置する絶縁膜２の幅Ｂ（図７（ａ）参照）の、例えば１／２０〜１／４程度であり、第２配線保護膜１２の膜厚は、例えば３〜５０ｎｍ程度である。
【００４３】
そして、所定時間経過後、基板Ｗをめっき液の液面から引き上げ、基板Ｗに向けて純水等のめっき停止液を噴出して、基板Ｗの表面のめっき液を停止液に置換させて無電解めっきを停止させ、しかる後、例えば５００ｒｐｍ程度の比較的高速で基板Ｗを回転させて基板Ｗの液切りを行う。この第２配線保護膜１２を形成した基板Ｗを後洗浄ユニット４０に搬送する。
【００４４】
後洗浄ユニット４０では、前述と同様に、例えば基板Ｗの表面にスプレーノズルから基板表面に洗浄液（処理液）を供給し、これにより、基板Ｗの表面に残っている金属微粒子、めっき液等のめっき残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。そして、基板Ｗを純水等でリンス（洗浄）して、乾燥ユニット４２に搬送する。
乾燥ユニット４２では、必要に応じて、基板の表面を純水等でリンス（洗浄）した後、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させ、このスピン乾燥後の基板Ｗを、第１基板搬送ロボット４４でロード・アンロードユニット２２に搭載された基板カセットに戻す。
【００４５】
そして、前述のようにして第２配線保護膜１２を形成した乾燥させた基板Ｗを、例えば、プラズマＣＶＤ装置に搬送し、このプラズマＣＶＤ装置で、図８に示すように、基板Ｗの全表面に、配線８の上方に達する、例えばＳｉＯ２，ＳｉＯＦまたはＳｉＯＣ等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）１４を成膜する。この成膜時に、配線８間に位置する下層の絶縁膜１４ａの内部に空隙（エアギャップ）１６が形成されるようにして配線８間の誘電率を大幅に低減させ、上層の絶縁膜１４ｂを上層の配線を形成する領域として利用する。
【００４６】
この絶縁膜１４の成膜時に第２配線保護膜１２の張出し部１２ａを「傘」として利用するのであり、これにより、配線８間に位置する下層の絶縁膜１４ａの内部に所望形状の空隙１６を容易に形成することができる。しかも、第２配線保護膜１２の張出し部１２ａの張出し幅Ｗ３または成膜条件を調整することにより、下層の絶縁膜１４ａに対して空隙１６が占める容積率を調整できる。この下層の絶縁膜１４ａに対して空隙１６が占める容積率は、例えば１０〜８０％であり、構造の強度および誘電率のバランスを考えると、３０〜７０％であることが望ましい。
【００４７】
なお、上記の例では、第１無電解めっきユニット及び第２無電解めっきユニットとしての役割を兼用する１台の無電解めっきユニット３６を使用し、この無電解めっきユニット３６で共にＣｏＷＰ合金からなる第１配線保護膜１０及び第２配線保護膜１２を成膜するしているが、第１無電解めっきユニットと第２無電解めっきユニットの２台の無電解めっきユニットを備え、第１配線保護膜１０とは異なる合金で第２配線保護膜１２を形成するようにしてもよい。
【００４８】
これまで本発明の一実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する従来例を工程順に示す断面図である。
【図２】図１に対応するフローチャートである。
【図３】配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する他の従来例を工程順に示す断面図である。
【図４】図３に対応するフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の基板処理装置を示す平面配置図である。
【図６】図５に示す基板処理装置の基板処理例を示すフローチャートである。
【図７】図５に示す基板処理装置の基板処理例を工程順に示す断面図である。
【図８】第２配線保護膜を形成した基板の表面に絶縁膜を成膜した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 絶縁膜
６ バリア層
８ 配線
１０ 第１配線保護膜
１２ 第２配線保護膜
１２ａ 張出し部
１４ 絶縁膜
１６ 空隙
２０ 装置フレーム
２２ ロード・アンロードユニット
２４ 制御ユニット
３２，３４ 前処理ユニット
３６ 無電解めっきユニット
３８ エッチングユニット
４０ 後洗浄ユニット
４２ 乾燥ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成し、更にこの埋込み配線の表面を配線保護膜で選択的に覆って保護し、かつ配線間の絶縁膜の内部に空隙を形成した、いわゆるエアギャップ構造を有する多層配線構造とするのに使用される基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、絶縁膜（層間絶縁膜）に予め形成した配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
従来、この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、信頼性向上のため、絶縁膜への配線材料（銅）の熱的拡散を防止しかつエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためのバリア膜を配線の底面及び側面に形成したり、その後、絶縁膜（酸化膜）を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合の酸化性雰囲気における配線材料（銅）の酸化を防止したりするため酸化防止膜を形成するなどの方法が採用されている。従来、この種のバリア膜としては、タンタル、チタンまたはタングステンなどの金属あるいはその窒化物が一般に採用されており、また酸化防止膜としては、シリコンの窒化物または炭化物などが一般に採用されていた。
【０００４】
近年、ULSIの高集積化の進展に伴い、配線幅の寸法が１００ｎｍ以下と微細になり、配線における信号の遅延がデバイスの動作スピードを左右するようになってきている。デバイスの性能を更に向上させるために、比誘電率の低い層間絶縁膜材料、いわゆるLow-k材の開発が盛んに行われてきている。しかし、層間絶縁膜にあまり低いｋ値（誘電率）の絶縁材料を使うと、強度上の問題で安定な製造プロセスが確立出来難くなる。一つの解決策として、配線間の絶縁膜を取り除いた後、上層の絶縁膜を再度堆積することによって、配線間の絶縁膜の内部に空隙を形成するようにした、いわゆるエアギャップ構造の配線およびその形成方法が提案されている（例えば、非特許文献１〜３、及び特許文献１参照）。
【０００５】
次に、配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを有する配線構造の代表的な２つの製造例を説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）及び図２は、レジストパターンニングを用いて配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する方法を示す。まず、図１（ａ）に示すように、絶縁膜５０の内部に表面を露出させ周囲をバリア層５２で覆ったダマシン構造の配線５４を形成した基板Ｗを用意する。そして、図１（ｂ）に示すように、配線５４の表面に合金等からなる配線保護膜５６を選択的に形成して配線５４を保護する。
【０００６】
次に、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜５０及び配線５４の表面に絶縁材料からなる拡散防止膜５８を形成し、更にレジスト膜６０によるパターンニングを行って、レジスト膜６０の所定の位置に開口６０ａを形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、レジストパターンを用いて配線５４間に位置する絶縁膜５０及びその上の拡散防止膜５８をエッチング除去する。しかる後、図１（ｅ）に示すように、基板Ｗの全表面に配線５４の上方まで達する絶縁膜（層間絶縁膜）６２を成膜して、配線５４間に位置する絶縁膜６２の内部に空隙（エアギャップ）６４を形成する。この絶縁膜６２には、上層の配線が形成される。
【０００７】
この方法では、合金等から配線保護膜５６の上に更に絶縁材料からなる拡散防止膜５８が存在するが、配線５４を構成する銅等や酸素の拡散に対するバリア性が配線保護膜５６で確保できれば、拡散防止膜５８を省くことも考えられる。
【０００８】
図３（ａ）乃至（ｄ）及び図４は、レジストパターンニングを使用することなく、エッチングによって、配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する方法を示す。まず、図３（ａ）に示すように、絶縁膜５０の内部に表面を露出させ周囲をバリア層５２で覆ったダマシン構造の配線５４を形成した基板Ｗを用意する。そして、図３（ｂ）に示すように、配線５４の表面に合金等からなる配線保護膜５６を選択的に形成して配線５４を保護する。
【０００９】
次に、図３（ｃ）に示すように、配線５４間に位置する絶縁膜５０をエッチングにより除去する。しかる後、図３（ｄ）に示すように、基板Ｗの全表面に配線５４の上方まで達する絶縁膜（層間絶縁膜）６２を成膜して、配線５４間に位置する絶縁膜６２の内部に空隙６４を形成する（図２(ｄ)）。
この方法では、レジストパターンを形成するステップが不要となって、プロセスがより簡便になる。
【非特許文献１】“A Novel SiO2-Air Gap low-k Copper Dual Damascene Interconnect”, V. Arnal et al. pp.71-86, Proc. Advanced Metallization Conference, 2000
【非特許文献２】“General review of issues and perspectives for advanced copper interconnections using air gap as ultra-low K material”, L.G. Gosset, et.al. pp.65-67, IITC, 2003
【非特許文献３】“Manufacturable Low Keff (Keff<2.5) Cu Interconnects by Selective/Low Damage Air Gap Formation, T. Harada, pp.15-17, IITC, 2006
【特許文献１】特開２００６−１２０９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の２つの例では、配線５４間に位置する絶縁膜６２の内部により大きな空隙６４を形成しながら該絶縁膜６２を堆積できるようにするため、配線保護膜５６の両側縁がバリア層５２の側方まで張出すような方法（配線保護膜の「傘」効果）が用いられる。この配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出し寸法が大きいほど、配線保護膜の「傘」の効果が大きく、このため、配線５４間の絶縁膜６２の内部に形成される空隙（エアギャップ）６４が大きくなる（図１（ｅ）及び図３（ｄ）参照）。しかし、配線５４間の絶縁膜５０をエッチング除去する際（図１（ｄ）及び図３（ｃ）参照）、配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出し寸法が大きいほど、エッチングされる絶縁膜５２の量が小さくなり、後に堆積される絶縁膜６２の内部に形成される空隙６２は小さくなりやすい（妨害効果）。特に、直進性の強いドライエッチングの場合、配線保護膜５６のバリア層５２の側方への張出しにより影響が一層顕著に現れる。このため、ドライエッチングと同方性の強いウェットエッチングの併用が必要となり、プロセスのステップの増加によるコストアップに繋がる。
【００１１】
逆に、配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出し寸法が小さく、例えば、配線保護膜６２のバリア層５２の側方へ張出しが無い極端の場合には、配線５４間の絶縁膜５０をエッチング除去しやすくなるが、後に絶縁膜６２を堆積する際、配線保護膜の「傘」効果がないため、配線５４間に堆積される絶縁膜６２の内部に大きな空隙６４を形成することが困難になる。仮に、初期に配線保護膜６２のバリア層５２の側方への張出しがあったとしても、絶縁膜５０のエッチングの時に配線保護膜５６もある程度エッチングされ、配線保護膜の「傘」効果が薄まってしまう。そこで、後に絶縁膜６２を堆積するには、カバレージ率が低く且つ埋込み性能が悪い材料及び堆積条件に絞らざるを得ず、絶縁膜材質及び成膜プロセス条件の選択にかなりの制限を受けることになる。
【００１２】
以上のように、配線保護膜のバリア膜の側方への張出し寸法は、配線間の絶縁膜の内部に形成される空隙の大きさを支配する主要な因子であり、絶縁膜をエッチングする時の妨害と、後に絶縁膜を堆積させる時の「傘」効果の両面から、相反する性質を持っている。
配線保護膜は、エアギャップ形成時に配線をエッチングから保護する保護効果及び「傘」効果と同時に、配線の信頼性に大きく左右するエレクトロマイグレーションの向上に大きく寄与する。
【００１３】
また、従来の方法では、絶縁膜の内部にエアギャップ形成するために、まず、無電解めっき装置を用いて配線の表面に配線保護膜を形成し、後洗浄及びリンス処理を施して乾燥させた後に、基板を装置から取り出している。その後、絶縁膜の内部にエアギャップを形成するために絶縁膜のエッチング除去が必要となった場合には、他の装置で絶縁膜のエッチングを行い、再び基板を洗浄し乾燥させるようにしている。このため、設備の増設に繋がるばかりでなく、スループットが低下するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、配線保護膜のバリア膜の側方への張出し寸法の配線間に位置する絶縁膜の内部に形成される空隙の大きさに対する相反する効果を解消するために、配線の表面に配線保護膜を選択的に形成した後、配線間の絶縁膜を効率よく除去し、しかも、その後、基板の表面に上層の絶縁膜を成膜しながら、配線間の絶縁膜の内部に所望形状の空隙を形成できるようにした基板処理方法、及び配線の表面への配線保護膜の形成から配線間の絶縁膜のエッチング除去までの一連の処理を効率よく行うことができるようにした基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線を形成した基板を用意し、前記配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成し、前記第１配線保護膜を表面に形成した配線間の絶縁膜をエッチング除去し、前記第１配線保護膜を下地として該第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成することを特徴とする基板処理方法である。
【００１６】
これにより、第１配線保護膜をその両側縁部がバリア層の側方に張出さないか、または僅かに張出すように形成することで、その後、配線間の絶縁膜のエッチング除去を効率的に行い、しかも両側縁部がバリア層の側方に更に張出すように第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を形成することで、その後、配線間に所望形状の空隙を形成しながら、基板の表面に絶縁膜を容易に成膜することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記第１配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅とほぼ等しく、前記第２配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅より大きいことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法である。
請求項３に記載の発明は、前記第２配線保護膜を形成した基板の表面に、配線間に空隙を形成しながら、絶縁膜を成膜することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法である。
配線間に位置する絶縁膜の内部に大きな空隙を形成することで、配線間の誘電率を大幅に低減させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成される、同じ材質の合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。
第１配線保護膜と第２配線保護膜の組成は、必ずしも同じ材質である必要はないが、共に無電解めっきで形成される同じ材質の合金膜にすることで、第１配線保護膜及び第２配線保護膜の製作の便を図ることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成され、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜の少なくとも一方はコバルト合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。
このように、第１配線保護膜と第２配線保護膜の少なくとも一方にコバルト合金を使用することで、例えば配線に銅を使用した場合における銅の拡散に対する優れたバリア性および保護材としてのエッチング耐性が同時に得られる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記絶縁膜のエッチング除去を、反応性ガスを使用するドライエッチング及び薬液を使用するウェットエッチングの少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成する第１成膜ユニットと、前記配線間の絶縁膜をエッチング除去するエッチングユニットと、前記エッチングユニットで絶縁膜をエッチング除去した後に、前記第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成する第２成膜ユニットを有することを特徴とする基板処理装置である。
これにより、第１成膜ユニットで配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成した後、基板を装置から取り出すことなく、配線間の絶縁膜をエッチングユニットでエッチング除去し、しかる後、第１配線保護膜の表面に第２成膜ユニットで第２配線保護膜を選択的に形成することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記第１及び第２成膜ユニットは共に無電解めっきユニットで、めっき前処理を行う前処理ユニット、基板の後洗浄を行う後洗浄ユニット、及び基板を乾燥させる乾燥ユニットを更に有することを特徴とする請求項７記載の基板処理装置である。
このように第１及び第２成膜ユニットを共に無電解めっきユニットとすることで、１台の無電解めっきユニットで第１及び第２成膜ユニットを兼用させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記エッチングユニットは、反応性ガスを使用するドライエッチングユニットまたは薬液を使用するウェットエッチングユニットであることを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の基板処理方法によれば、配線の表面に第１配線保護膜を形成した後、第１配線保護膜に阻害されることなく、配線間の絶縁膜を効率よくエッチング除去することができる。そして、第１配線保護膜の表面に第２保護膜を形成した後、基板の表面に絶縁膜を成膜すると共に、配線間に位置する絶縁膜の内部に所望形状及び大きさの空隙を容易に形成することができる。
【００２５】
本発明の基板処理装置によれば、成膜ユニットで配線の露出表面に配線保護膜を選択的に形成した後、基板を装置から取り出すことなく、配線間の絶縁膜をエッチングユニットでエッチング除去することができ、これによって、設備の増設を最小限に抑えるとともに、スループットを大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、配線保護膜を成膜する成膜ユニットとして、無電解めっきユニットを使用している。無電解めっきユニットの代わりに、ＰＶＤユニットやＣＶＤユニット等の他の成膜ユニットを使用しても良い。また第１配線保護膜及び第２配線保護膜を共にＣｏＷＰ合金で構成しているが、ＣｏＷＰ，ＣｏＰ，ＣｏＷＢ，ＣｏＢ，ＣｏＷＰＢ，ＮｉＷＰ，ＮｉＰ，ＮｉＷＢ，ＮｉＢ，ＮｉＷＰＢ，ＣｏＮｉＰまたはＮｉＭｏＰ等の他の合金で構成しても良い。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態の基板処理装置を示す平面配置図である。図５に示すように、この配線形成装置は、矩形状の装置フレーム２０と、装置フレーム２０に外付けされるロード・アンロードユニット２２を有し、装置フレーム２０の外壁には、制御ユニット２４が取付けられている。装置フレーム２０の内部は、仕切り板２６を介して、第１空間２８と第２空間３０に区画され、この第１空間３０の四隅に、基板のめっき前処理を行う第１前処理ユニット３２及び第２前処理ユニット３４、基板の表面に無電解めっきを行う無電解めっきユニット（成膜ユニット）３６、及び配線間の絶縁膜をエッチング除去するエッチングユニット３８が配置されている。
【００２８】
この例では、１台の無電解めっきユニット３６を備え、この無電解めっきユニット３６が第１無電解めっきユニット及び第２無電解めっきユニットとしての役割を兼用するようにしているが、第１無電解めっきユニット及び第２無電解めっきユニットとして２台の無電解めっきユニットを備えるようにしてもよい。
【００２９】
また、この例では、第１前処理ユニット３２で基板表面の前洗浄を行い、第２前処理ユニット３４で配線の表面にＰｄ等の触媒を付与する触媒付与処理を行うようにしている。配線保護膜（第１配線保護膜及び第２配線保護膜）として、配線の表面に触媒付与処理を行うことなく無電解めっきで成膜できる合金を使用した場合には、第２前処理ユニット３４を省略しても良い。また、第１前処理ユニット３２と第２前処理ユニット３４で異なる洗浄液を使用した２段の前洗浄を行うようにしても良い。
【００３０】
装置フレーム２０の内部には、第２空間３０内に位置して、基板の後洗浄を行う後洗浄ユニット４０と、基板を純水等でリンスして乾燥させる乾燥ユニット４２が配置されている。更に、第２空間３０内の後洗浄ユニット４０と乾燥ユニット４２に挟まれた位置に第１基板搬送ロボット４４が、第１空間２８内の第１前処理ユニット３２、第２前処理ユニット３４、無電解めっきユニット３６及びエッチングユニット３８に囲まれた位置に第２基板搬送ロボット４６がそれぞれ配置されている。
【００３１】
この例では、エッチングユニット３８として、薬液を使用してウエットエッチングを行うウェットエッチングユニットを使用しているが、反応性ガスを使用してドライエッチングを行うドライエッチングユニットを使用しても良い。またウェットエッチングユニットとドライエッチングユニットを併用しても良い。
【００３２】
次に、この基板処理装置による一連の基板処理について、図６及び図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
先ず、図７（ａ）に示すように、絶縁膜２の内部に表面を露出させ周囲をバリア層６で覆った配線８を形成した基板Ｗを用意する。なお、図７（ａ）は、下記のように、めっき前処理後の基板Ｗを示している。この基板Ｗの表面を上向き（フェースアップ）で収納した基板カセットをロード・アンロードユニット２２に搭載する。第１基板搬送ロボット４４は、基板カセットから１枚の基板Ｗを取り出し、第１前処理ユニット３２に搬送する。
【００３３】
第１前処理ユニット３２では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗを回転させながら、基板の下方に配置した多数のスプレーノズルからの有機酸液、または有機アルカリ等の洗浄液を基板Ｗに向けて噴射し、これによって、基板Ｗの表面に付着した、例えばＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）などの防食剤や配線８の表面に形成された銅酸化膜等を基板Ｗの表面から除去（前洗浄）する。そして、基板Ｗに向けてスプレーノズルから純水等のリンス液を噴射して基板Ｗをリンス（洗浄）し、洗浄後の基板Ｗを第２前処理ユニット３４に搬送する。
【００３４】
なお、この例では、第１前処理ユニット３２として、基板に向けてスプレーノズルから処理液を噴射する、いわゆるスプレータイプを使用しているが、基板を処理液中に浸漬させる、いわゆる浸漬タイプを使用してもよい。これは、第２前処理ユニット３４においても同様である。
【００３５】
第２前処理ユニット３４では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗを回転させながら、基板の下方に配置した多数のスプレーノズルからのＰｄ触媒付与液等の触媒付与液を基板Ｗに向けて噴射し、これによって、配線８の表面にＰｄ等の触媒を付与して該表面を活性化させる。そして、基板Ｗに向けてスプレーノズルから純水等のリンス液を噴射して基板Ｗをリンス（洗浄）する。この時の状態を図７（ａ）に示す。そして、触媒を付与した基板Ｗを無電解めっきユニット３６に搬送する。
【００３６】
無電解めっきユニット（第１無電解めっきユニット）３６では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗをめっき槽内の、例えば液温が８０℃の無電解めっき液（無電解ＣｏＷＰめっき液）中に浸漬させて、活性化された配線８の表面に選択的な無電解めっき（無電解ＣｏＷＰ蓋めっき）を施す。これにより、図７（ｂ）に示すように、配線８の表面に、ＣｏＷＰ合金からなる第１配線保護膜１０を選択的に成膜して配線８を保護する。この第１配線保護膜１０の幅Ｗ１は、配線８の幅Ａよりも大きく、配線８の幅Ａと配線８の両側に位置するバリア層６の幅（厚さ）ｔの合計より小さい（Ａ≦Ｗ１≦Ａ＋２ｔ）ことが好ましい。この第１配線保護膜１０の膜厚は、例えば３〜５０ｎｍ程度である。これにより、配線８の露出表面の全域を第１配線保護膜１０で覆い、しかもこの第１配線保護膜１０の側縁部がバリア層６の側方に張出すことを防止することができる。
【００３７】
そして、所定時間経過後、基板Ｗをめっき液の液面から引き上げ、基板Ｗに向けて純水等のめっき停止液を噴出し、これによって、基板Ｗの表面のめっき液を停止液に置換させて無電解めっきを停止させる。次に、例えば５００ｒｐｍ程度の比較的高速で基板Ｗを回転させて基板Ｗの液切りを行う。この第１配線保護膜１０を形成した基板Ｗをエッチングユニット３８に搬送する。
【００３８】
エッチングユニット３８では、例えば、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗを処理槽内のエッチング液中に浸漬させ、これによって、図７（ｃ）に示すように、配線８間の絶縁膜２をエッチング除去する。このエッチング液としては、例えば第１配線保護膜１０と絶縁膜２のエッチング選択比が１：２０以上のＨＦを含む水溶液が使用される。そして、基板Ｗを純水等でリンス（洗浄）した後、後洗浄ユニット４０に搬送する。
【００３９】
このように、第１配線保護膜１０をその両側縁部がバリア層６の側方に張出さないように形成することで、その後に、第１配線保護膜１０の存在に阻害されることなく、配線８間の絶縁膜２をエッチングユニット３８で効率的にエッチング除去することができる。第１配線保護膜１０を、その両側縁部がバリア層６の側方に、下記のエッチングによって除去される程度の僅かに張出すように形成してもよい。
【００４０】
なお、無電解めっきユニット３６とエッチングユニット３８に共通の基板ホルダを使用し、この基板ホルダで基板をフェースダウンで保持したまま、無電解めっきユニット３６による無電解処理と、エッチングユニット３８によるエッチング処理を連続して行うようにしてもよい。また、エッチングユニット３８として、基板の向けてスプレーノズルからエッチング液を噴射するスプレータイプのものを使用しても良い。
【００４１】
後洗浄ユニット４０では、例えば基板Ｗの表面向けて洗浄液（処理液）をスプレーノズルから供給し、これにより、基板Ｗの表面および配線間の溝に残っている、絶縁膜残渣等の残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。この処理液としては、例えば、第１配線保護膜１０に対するエッチングレートが１〜１０ｎｍ／ｍｉｎの範囲で調合されたエッチング力を持つ有機酸溶液が使用される。これにより、第１配線保護膜１０上に残留する合金成分や不純物等を効率よく除去して、第１配線保護膜１０の選択性を一層増強させることができる。そして、この処理後の基板Ｗを純水等でリンス（洗浄）して、再度無電解めっきユニット（第２無電解めっきユニット）３６に搬送する。
【００４２】
無電解めっきユニット３６では、前述と同様に、例えば基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗをめっき槽内の、例えば液温が８０℃の無電解めっき液（無電解ＣｏＷＰめっき液）中に浸漬させて、第１配線保護膜１０を下地とした無電解めっき（無電解ＣｏＷＰ蓋めっき）を施す。これにより、図７（ｄ）に示すように、第１配線保護膜１０の表面に、ＣｏＷＰ合金からなる第２配線保護膜１２を選択的に成膜する。この第２配線保護膜１２の幅Ｗ２を、配線８の幅Ａと配線８の両側に位置するバリア層６の幅（厚さ）ｔの合計より大きく（Ａ＋２ｔ＜Ｗ２）し、これによって、第２配線保護膜１２の両側縁部にバリア層６の側方に張出す張出し部１２ａを形成する。この張出し部１２ａのバリア層６の側方への張出し幅Ｗ３は、配線８間に位置する絶縁膜２の幅Ｂ（図７（ａ）参照）の、例えば１／２０〜１／４程度であり、第２配線保護膜１２の膜厚は、例えば３〜５０ｎｍ程度である。
【００４３】
そして、所定時間経過後、基板Ｗをめっき液の液面から引き上げ、基板Ｗに向けて純水等のめっき停止液を噴出して、基板Ｗの表面のめっき液を停止液に置換させて無電解めっきを停止させ、しかる後、例えば５００ｒｐｍ程度の比較的高速で基板Ｗを回転させて基板Ｗの液切りを行う。この第２配線保護膜１２を形成した基板Ｗを後洗浄ユニット４０に搬送する。
【００４４】
後洗浄ユニット４０では、前述と同様に、例えば基板Ｗの表面にスプレーノズルから基板表面に洗浄液（処理液）を供給し、これにより、基板Ｗの表面に残っている金属微粒子、めっき液等のめっき残留物を完全に除去して、めっきの選択性を向上させる。そして、基板Ｗを純水等でリンス（洗浄）して、乾燥ユニット４２に搬送する。
乾燥ユニット４２では、必要に応じて、基板の表面を純水等でリンス（洗浄）した後、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させ、このスピン乾燥後の基板Ｗを、第１基板搬送ロボット４４でロード・アンロードユニット２２に搭載された基板カセットに戻す。
【００４５】
そして、前述のようにして第２配線保護膜１２を形成した乾燥させた基板Ｗを、例えば、プラズマＣＶＤ装置に搬送し、このプラズマＣＶＤ装置で、図８に示すように、基板Ｗの全表面に、配線８の上方に達する、例えばＳｉＯ２，ＳｉＯＦまたはＳｉＯＣ等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）１４を成膜する。この成膜時に、配線８間に位置する下層の絶縁膜１４ａの内部に空隙（エアギャップ）１６が形成されるようにして配線８間の誘電率を大幅に低減させ、上層の絶縁膜１４ｂを上層の配線を形成する領域として利用する。
【００４６】
この絶縁膜１４の成膜時に第２配線保護膜１２の張出し部１２ａを「傘」として利用するのであり、これにより、配線８間に位置する下層の絶縁膜１４ａの内部に所望形状の空隙１６を容易に形成することができる。しかも、第２配線保護膜１２の張出し部１２ａの張出し幅Ｗ３または成膜条件を調整することにより、下層の絶縁膜１４ａに対して空隙１６が占める容積率を調整できる。この下層の絶縁膜１４ａに対して空隙１６が占める容積率は、例えば１０〜８０％であり、構造の強度および誘電率のバランスを考えると、３０〜７０％であることが望ましい。
【００４７】
なお、上記の例では、第１無電解めっきユニット及び第２無電解めっきユニットとしての役割を兼用する１台の無電解めっきユニット３６を使用し、この無電解めっきユニット３６で共にＣｏＷＰ合金からなる第１配線保護膜１０及び第２配線保護膜１２を成膜するしているが、第１無電解めっきユニットと第２無電解めっきユニットの２台の無電解めっきユニットを備え、第１配線保護膜１０とは異なる合金で第２配線保護膜１２を形成するようにしてもよい。
【００４８】
これまで本発明の一実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する従来例を工程順に示す断面図である。
【図２】図１に対応するフローチャートである。
【図３】配線間の絶縁膜の内部にエアギャップを形成する他の従来例を工程順に示す断面図である。
【図４】図３に対応するフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の基板処理装置を示す平面配置図である。
【図６】図５に示す基板処理装置の基板処理例を示すフローチャートである。
【図７】図５に示す基板処理装置の基板処理例を工程順に示す断面図である。
【図８】第２配線保護膜を形成した基板の表面に絶縁膜を成膜した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 絶縁膜
６ バリア層
８ 配線
１０ 第１配線保護膜
１２ 第２配線保護膜
１２ａ 張出し部
１４ 絶縁膜
１６ 空隙
２０ 装置フレーム
２２ ロード・アンロードユニット
２４ 制御ユニット
３２，３４ 前処理ユニット
３６ 無電解めっきユニット
３８ エッチングユニット
４０ 後洗浄ユニット
４２ 乾燥ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線を形成した基板を用意し、
前記配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成し、
前記第１配線保護膜を表面に形成した配線間の絶縁膜をエッチング除去し、
前記第１配線保護膜を下地として該第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記第１配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅とほぼ等しく、前記第２配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅より大きいことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第２配線保護膜を形成した基板の表面に、配線間に空隙を形成しながら、絶縁膜を成膜することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成される、同じ材質の合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成され、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜の少なくとも一方はコバルト合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記絶縁膜のエッチング除去を、反応性ガスを使用するドライエッチング及び薬液を使用するウェットエッチングの少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項７】
絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成する第１成膜ユニットと、
前記配線間の絶縁膜をエッチング除去するエッチングユニットと、
前記エッチングユニットで絶縁膜をエッチング除去した後に、前記第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成する第２成膜ユニットを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
前記第１及び第２成膜ユニットは共に無電解めっきユニットで、
めっき前処理を行う前処理ユニット、基板の後洗浄を行う後洗浄ユニット、及び基板を乾燥させる乾燥ユニットを更に有することを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記エッチングユニットは、反応性ガスを使用するドライエッチングユニットまたは薬液を使用するウェットエッチングユニットであることを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置。
【請求項１】
絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線を形成した基板を用意し、
前記配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成し、
前記第１配線保護膜を表面に形成した配線間の絶縁膜をエッチング除去し、
前記第１配線保護膜を下地として該第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記第１配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅とほぼ等しく、前記第２配線保護膜の幅は、両側に位置する前記バリア層を含む前記配線の幅より大きいことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第２配線保護膜を形成した基板の表面に、配線間に空隙を形成しながら、絶縁膜を成膜することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成される、同じ材質の合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜は、共に無電解めっきで形成され、前記第１配線保護膜と前記第２配線保護膜の少なくとも一方はコバルト合金膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記絶縁膜のエッチング除去を、反応性ガスを使用するドライエッチング及び薬液を使用するウェットエッチングの少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項７】
絶縁膜の内部に表面を露出させ周囲をバリア層で覆った配線の露出表面に第１配線保護膜を選択的に形成する第１成膜ユニットと、
前記配線間の絶縁膜をエッチング除去するエッチングユニットと、
前記エッチングユニットで絶縁膜をエッチング除去した後に、前記第１配線保護膜の表面に第２配線保護膜を選択的に形成する第２成膜ユニットを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
前記第１及び第２成膜ユニットは共に無電解めっきユニットで、
めっき前処理を行う前処理ユニット、基板の後洗浄を行う後洗浄ユニット、及び基板を乾燥させる乾燥ユニットを更に有することを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記エッチングユニットは、反応性ガスを使用するドライエッチングユニットまたは薬液を使用するウェットエッチングユニットであることを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２８３７８（Ｐ２００８−２８３７８Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５４２２７（Ｐ２００７−１５４２２７）
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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