JP2005353978A - シリル化処理装置およびシリル化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトで処理コストの低減を可能ならしめるシリル化処理装置およびこのシリル化処理装置によるシリル化処理方法を提供する。
【解決手段】 シリル化ユニット１１ａは、ウエハＷを略水平姿勢で支持するホットプレート４１と、下部容器４２ａおよび蓋体４２ｂからなるチャンバ４２と、チャンバ４２内を排気するための排気機構４３と、不活性ガスにシリル化剤の蒸気を含ませたシリル化ガスをチャンバ４２に供給するシリル化ガス供給機構４４と、制御装置４５を有する。ウエハＷをホットプレート４１に載置して加熱し、チャンバ４２内を減圧した後にシリル化ガスをチャンバ４２内に所定量供給しシリル化ガスをチャンバ４２内で略均一に拡散させることにより、シリル化反応を進行させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、レジスト膜や層間絶縁膜をシリル化処理するためのシリル化処理装置およびシリル化処理方法に関する。

半導体装置の製造工程の１つであるフォトリソグラフィー工程においては、露光光源の短波長化が進んでおり、近時ではＡｒＦエキシマレーザ光が用いられている。このような短波長光源を用いてレジストパターンを形成する方法としてシリル化プロセスが用いられている。シリル化プロセスは、レジスト膜を所定のパターンで露光し、このレジスト膜表面にシリル化剤を供給して露光部分（または非露光部分）を選択的にシリル化し、そしてドライ現像を行うことで、レジストパターンを形成するプロセスである。

このようなシリル化プロセスを行う装置としては、ホットプレートと、ホットプレートを貫通して配置され、基板を支持してホットプレート上で昇降させる昇降ピンと、ホットプレートおよび基板を収容するチャンバと、チャンバ内にシリル化剤を含む蒸気を供給する供給機構と、を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなシリル化処理装置では、最初にチャンバ内において基板がシリル化反応が起こらない温度となるように基板をホットプレートの上方で保持し、次いでチャンバ内にシリル化剤を含む蒸気を供給し、その後に基板を降下させて基板をホットプレートに近付けて昇温させ、シリル化反応を生じさせる。

しかしながら、このような装置では、基板をチャンバに収容した状態で基板をホットプレートから離して保持する必要があるために、チャンバの大型化は避けられない。このような大型チャンバを用いた場合には、チャンバ内に均一にシリル化剤を拡散させるために、チャンバ内に供給しなければならないシリル化剤の量が増え、処理コストが増加する問題がある。また、シリル化剤を含む蒸気のチャンバ内での拡散が遅く、均一性が悪かった。このためシリル化処理の面内均一性はよいとは言い難い。さらに、チャンバが大型になるとチャンバの開閉機構にトルクや強度が要求されるようになるため、シリル化処理装置全体が大型化し、フットプリントが大きくなる問題も生ずる。
特開２００１−２１０５８４号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コンパクトで処理コストの低減を可能ならしめるシリル化処理装置と、このシリル化処理装置によるシリル化処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、基板を略水平姿勢で支持し、前記基板を加熱するホットプレートと、
下部容器および前記下部容器の上面開口部を覆う蓋体とからなり、前記ホットプレートを収容するチャンバと、
前記チャンバ内を排気するための排気機構と、
シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給するガス供給機構と、
前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させるために、前記チャンバ内を減圧した後に所定量の前記シリル化剤の蒸気または処理ガスが前記チャンバ内に供給されるように、前記排気機構と前記ガス供給機構を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とするシリル化処理装置、が提供される。

本発明の第２の観点によれば、基板を略水平姿勢で支持するステージと、
下部容器および前記下部容器の上面開口部を覆う蓋体とからなり、前記ステージを収容するチャンバと、
前記ステージに載置された基板を加熱するために、前記ステージの上面側および／または前記蓋体の下面側に設けられたランプと、
前記チャンバ内を排気するための排気機構と、
シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給するガス供給機構と、
前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させるために、前記チャンバ内を減圧した後に所定量の前記シリル化剤の蒸気または処理ガスが前記チャンバ内に供給されるように、前記排気機構と前記ガス供給機構を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とするシリル化処理装置、が提供される。

このようなシリル化処理装置においては、下部容器はその底部周縁に前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内に導入するためのガス導入口を備え、蓋体はその中央部に前記チャンバを排気するための排気口を備えていることが好ましい。また、蓋体の下面と基板の表面との間隔は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、下部容器はその外周部にリング径の異なる２つのシール材と、前記２つのシール材の間に開口したシール用排気口とを備え、蓋体がシール材に当接した状態でシール用排気口から排気を行うことによりチャンバが密閉される構造とすることが好ましい。

本発明の第３の観点によれば、上記シリル化処理装置によるシリル化処理方法が提供される。
すなわち、所定の膜を備えた基板をチャンバ内に収容する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
前記チャンバを排気し、前記チャンバ内が所定の真空度に到達したら前記チャンバの排気操作を停止し、前記チャンバ内を所定の減圧雰囲気に保持する工程と、
シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給し、前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させ、前記膜をシリル化する工程と、
を有することを特徴とするシリル化処理方法、が提供される。

本発明の第４の観点によれば、所定の膜を備えた基板をチャンバ内に収容する工程と、
前記チャンバを排気し、前記チャンバ内が所定の真空度に到達したら前記チャンバの排気操作を停止し、前記チャンバ内を所定の減圧雰囲気に保持する工程と、
シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給し、前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させる工程と、
前記基板を加熱することにより前記膜をシリル化する工程と、
を有することを特徴とするシリル化処理方法、が提供される。

このようなシリル化処理方法において基板を加熱する方法としては、チャンバ内で基板をホットプレート上に載置し、このホットプレートを昇温することにより基板を加熱する方法や、チャンバ内で基板をステージ上に載置し、チャンバ内にランプを設けてこれを点灯させることにより加熱する方法が好適に用いられる。膜はレジスト膜である場合には、レジスト膜をシリル化することによりレジスト膜の耐エッチング性を高めることができる。また、膜がエッチング処理，アッシング処理，薬液処理，洗浄処理のいずれかの処理によってダメージを受けた部分を有する層間絶縁膜である場合には、そのダメージ部がシリル化されることによりダメージ部をそのダメージから回復させることができる。

本発明によれば、シリル化処理装置をコンパクト化することができる。これによりフットプリントを小さくすることができる。また、チャンバを減圧し、その後にチャンバ内に一定量のシリル化剤を供給するために、シリル化剤の使用効率が高められ、処理コストを削減することができる。さらに、シリル化剤をチャンバ内に速くかつ均一に拡散させることができるために、シリル化処理の面内均一性を高めることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に、半導体ウエハＷに形成されたレジスト膜の除去処理およびその後の洗浄処理を行うための洗浄処理システムに、シリル化処理装置（以下「シリル化ユニット」という）を組み込んだ形態について説明する。

図１は洗浄処理システム１の概略平面図であり、図２はその概略正面図であり、図３はその概略背面図である。洗浄処理システム１は、ウエハＷが収容されたキャリアＣが他の処理装置等から順次搬入され、逆に洗浄処理システム１における処理の終了したウエハＷが収容されたキャリアＣを次の処理を行う処理装置等へ搬出するためのキャリアステーション４と、ウエハＷに形成されたレジスト膜等の除去処理やシリル化処理を行うための複数の処理ユニットが配設された処理ステーション２と、処理ステーション２とキャリアステーション４との間でウエハＷの搬送を行う搬送ステーション３と、処理ステーション２で使用する薬液や純水、ガス等の製造、調製、貯留を行うケミカルステーション５と、を具備している。

キャリアＣの内部において、ウエハＷは略水平姿勢で鉛直方向（Ｚ方向）に一定の間隔で収容されている。このようなキャリアＣに対するウエハＷの搬入出はキャリアＣの一側面を通して行われ、この側面は蓋体１０ａ（図１には図示せず。図２および図３に蓋体１０ａが取り外された状態を示す）によって開閉自在となっている。

図１に示すように、キャリアステーション４は、図中Ｙ方向に沿って３箇所にキャリアＣを載置できる載置台６を有している。キャリアＣは蓋体１０ａが設けられた側面がキャリアステーション４と搬送ステーション３との間の境界壁８ａ側を向くようにして載置台６に載置される。境界壁８ａにおいてキャリアＣの載置場所に対応する位置には窓部９ａが形成されており、各窓部９ａの搬送ステーション３側には窓部９ａを開閉するシャッタ１０が設けられている。このシャッタ１０はキャリアＣの蓋体１０ａを把持する把持手段（図示せず）を有しており、図２および図３に示すように、蓋体１０ａを把持した状態で搬送ステーション３側に、蓋体１０ａを退避させることができるようになっている。

搬送ステーション３に設けられたウエハ搬送装置７はウエハＷを保持可能なウエハ搬送ピック７ａを有している。ウエハ搬送装置７は搬送ステーション３の床にＹ方向に延在するように設けられたガイド（図２および図３参照）７ｂに沿ってＹ方向に移動可能である。また、ウエハ搬送ピック７ａは、Ｘ方向にスライド自在であり、かつ、Ｚ方向に昇降自在であり、かつ、Ｘ−Ｙ平面内で回転自在（θ回転）である。

このような構造により、キャリアＣの内部と搬送ステーション３とが窓部９ａを介して連通するようにシャッタ１０を退避させた状態において、ウエハ搬送ピック７ａは、載置台６に載置された全てのキャリアＣにアクセス可能であり、キャリアＣ内の任意の高さ位置にあるウエハＷをキャリアＣから搬出することができ、逆にキャリアＣの任意の位置にウエハＷを搬入することができる。

処理ステーション２は、搬送ステーション３側に２台のウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ・１３ｂを有している。例えば、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂは搬送ステーション３からウエハＷを受け入れる際にウエハＷを載置するために用いられ、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａは処理ステーション２において所定の処理が終了したウエハＷを搬送ステーション３に戻す際にウエハＷを載置するために用いられる。

処理ステーション２においてはファンフィルターユニット（ＦＦＵ）２５から清浄な空気がダウンフローされるようになっており、処理ステーション２において処理の終了したウエハＷを上段のウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａに載置することにより、処理ステーション２における処理後のウエハＷの汚染が抑制される。

搬送ステーション３と処理ステーション２との間の境界壁８ｂにおいて、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ・１３ｂの位置に対応する部分には窓部９ｂが設けられている。ウエハ搬送ピック７ａは、この窓部９ｂを介してウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ・１３ｂにアクセス可能であり、キャリアＣとウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ・１３ｂとの間でウエハＷを搬送する。

処理ステーション２の背面側には、レジスト膜や、エッチング処理およびアッシング処理後のポリマー残渣等をオゾン（Ｏ_３）と水蒸気を含む処理ガス（以下「変性化ガス」という）のこれら分子によって変性させる変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆが配置されている。なお、「変性」とは、ポリマー残渣等がウエハＷ上に残った状態で純水や薬液に溶解する性質に変化することをいう。

この変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆの詳細な構造については図示しないが、これらはそれぞれ、上下分割式かつ密閉式で、その内部にウエハＷを収容するための円盤状の空間が形成されるチャンバを有している。このチャンバの内部には、その表面にウエハＷを水平姿勢で支持するためのプロキシミティピンが設けられ、その内部にヒータが埋設されたウエハ載置ステージが設けられている。また、このチャンバの円盤状空間内を変性化ガスが略水平方向に流れるようになっている。

変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ・１５ｂの上にはシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂが設けられている。シリル化処理は、例えば、層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成された所定パターンのレジストマスクとを備えたウエハＷをエッチング処理し、レジストマスクを除去した後に、これらの処理によってダメージを受けた層間絶縁膜のダメージ部分をそのダメージから回復させるために行われる。また、シリル化処理は、露光処理されたレジスト膜の表面の露光部分（または非露光部分）を選択的にシリル化するために行われる。

図４にシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａの概略構造を示す断面図を示す。シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａは、ウエハＷを支持するホットプレート４１と、下部容器４２ａおよび下部容器４２ａの上面開口部を覆う蓋体４２ｂとからなり、ホットプレート４１を収容するチャンバ４２と、チャンバ４２内を排気するための排気機構４３と、窒素ガス等の不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませたガス（以下「シリル化ガス」という）をチャンバ４２に供給するシリル化ガス供給機構４４と、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａの動作制御を行う制御装置４５と、を備えている。

ホットプレート４１は、例えば、５０℃〜２００℃の範囲で温度調節が可能であり、その表面にはウエハＷを支持する支持ピン６１が設けられている。ウエハＷをホットプレート４１に直接載置しないことで、ウエハＷの裏面の汚染が防止される。支持ピン６１の長さは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることが好ましい。また、ホットプレート４１を貫通するように図示しない昇降装置により昇降自在な昇降ピン６２が設けられている。昇降ピン６２は、後述するウエハ搬送アーム１４ａ・１４ｂがホットプレート４１上に進入した際に、ウエハ搬送アーム１４ａ・１４ｂがウエハＷを把持する高さよりも高い位置にウエハＷを上昇させることができればよい。

下部容器４２ａは図示しないフレーム等に固定されており、一方、蓋体４２ｂは昇降装置４７により昇降自在となっている。下部容器４２ｂの底面外周には、ホットプレート４１の外側からチャンバ４２にシリル化ガスを供給することができるように所定位置に給気孔５１が形成されている。また、蓋体４２ｂの略中心部には、チャンバ４２を排気するための排気口５２が形成されている。

蓋体４２ｂが下部容器４２ａを覆っている状態では、ホットプレート４１に載置されたウエハＷと、蓋体４２ｂにおけるウエハＷの直上の下面との間隔は１ｍｍ〜１０ｍｍとなっている。後に詳細に説明するように、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａでは、チャンバ４２内を減圧雰囲気に保持してシリル化処理を行うので、チャンバ４２内でウエハＷを昇降させる必要がない。このため、チャンバ４２を薄型とし、内部空間を狭くすることができる。これにより、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａを用いた場合には、１枚のウエハＷを処理するために必要なシリル化ガスの使用量を低減することができ、また、チャンバ４２内の排気に要する時間を短縮してスループットを高めることができる。さらに、チャンバ４２を薄型に構成することにより、洗浄処理システム１にシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂを搭載することによる洗浄処理システム１の大型化を防止することができる。

排気機構４３は、真空計５３と、真空ポンプ５４と、圧力調整装置５５と、バルブ５６を備えており、蓋体４２ｂに形成された排気口５２を通してチャンバ４２の排気を行うことができるようになっている。シリル化ガス供給機構４４は、シリル化剤の一例であるＤＭＳＤＭＡ（dimethylsilyldimethylamine ）供給源５７と、窒素ガス供給源５８と、ＤＭＳＤＭＡを気化させて、窒素ガス供給源５８から送られた窒素ガスと混合する気化器５９と、を備えており、気化器５９で生成したシリル化ガスは、下部容器４２ａに形成された給気孔５１を通してチャンバ４２内に供給される。なお、窒素ガスを用いず、気化されたシリル化剤（つまり、シリル化剤の蒸気）のみをチャンバ４２内に供給してもよい。この場合には、真空ポンプ５４にてチャンバ４２内を減圧し、シリル化剤の蒸気をチャンバ４２内に引き込むことで、シリル化剤の蒸気をチャンバ４２内に拡散させることができる。

制御装置４５はシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂにおける各種機構の制御、つまり、蓋体４２ｂの昇降動作制御、昇降ピン６２の昇降動作制御、ホットプレート４１の動作制御、排気機構４３の動作制御、シリル化ガス供給機構４４の動作制御等を行う。

下部容器４２ａの外周部上面には、リング径の異なる２つのシールリング６３・６４が配置されている。蓋体４２ｂを降下させるとその外周部下面がシールリング６３・６４に接し、シールリング６３・６４間に空間６５が形成される。この空間６５に連通するように、下部容器４２ｂの外周部にはシール用排気口６６が形成されており、図示しない減圧装置（例えば、エジェクタ）によってこの空間６５を減圧状態に保持することによって、チャンバ４２の気密性が確保されるようになっている。

なお、下部容器４２ａの外周部上面にリング径の異なる２つのシールリングを配置し、蓋体４２ｂの外周部下面にも各シールリングに当接するようにリング径の異なる２つのシールリングを配置して、蓋体４２ｂを降下させた際に、これら上下の各シールリングどうしが接触する構成としてもよい。

処理ステーション２の正面側には、変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆにおける処理が終了したウエハＷに薬液処理や水洗処理を施して、変性したポリマー残渣等を除去する洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄが配置されている。

洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄの詳細な構造は図示しないが、これらはそれぞれ、ウエハＷを略水平姿勢で保持する回転自在なスピンチャックと、スピンチャックを囲繞するカップと、スピンチャックに保持されたウエハＷの表面に所定の薬液または純水を供給する薬液ノズルと、純水に窒素ガスを混入させてミスト化させ、このような純水のミストを窒素ガスのガス圧を利用してスピンチャックに保持されたウエハＷの表面に噴射する洗浄ノズルと、薬液処理または洗浄ノズルによる処理が終了したウエハＷをリンス処理するためにウエハＷに純水を供給するリンスノズルと、水洗処理後のウエハＷに乾燥ガスを噴射するガス噴射ノズルと、を備えている。

なお、洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄには、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜を除去するための希フッ酸等の薬液をウエハＷに供給するノズルや、エッチングマスクとして用いられるレジスト膜の剥離処理を行うための剥離液をウエハＷに供給するノズルを設けてもよい。

先に説明した変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｃと変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ｄ〜１５ｆとはその境界壁２２ｂについて略対称な構造を有しており、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａとシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ｂはその境界壁２２ｂについて略対称な構造を有している。同様に、洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ・１２ｂと洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ｃ・１２ｄとが境界壁２２ａについて略対称な構造を有している。

処理ステーション２の略中央部には、処理ステーション２内においてウエハＷを搬送する主ウエハ搬送装置１４が設けられている。主ウエハ搬送装置１４は、ウエハＷを搬送するウエハ搬送アーム１４ａを有している。主ウエハ搬送装置１４はＺ軸周りに回転自在である。また、ウエハ搬送アーム１４ａは水平方向で進退自在であり、かつＺ方向に昇降自在である。このような構造により、主ウエハ搬送装置１４は、それ自体をＸ方向に移動させることなく、処理ステーション２に設けられた各ユニットにアクセスすることができ、これら各ユニット間でウエハＷを搬送することができるようになっている。

ケミカルステーション５には、処理ステーション２に設けられた各種処理ユニットにおいて使用される各種薬液が貯留された薬液貯留部１６と、薬液貯留部１６に貯留された各種薬液を所定の処理ユニットに送液する複数のポンプや開閉バルブからなる送液部１７と、洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄへ純水を供給する純水供給部１８と、各種の処理ユニットに所定のガスを供給するガス供給部１９と、を有している。

次に、洗浄処理システム１を用いたウエハＷの処理例について説明する。例えば、層間絶縁膜が形成され、その上に所定パターンのレジストマスクが形成され、その後にプラズマエッチングにより層間絶縁膜にビアが形成されたウエハＷを、変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆのいずれかに搬入し、そこで変性化ガスによりレジストマスクを水溶性へと変化させる。次に、ウエハＷを水洗処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに搬入し、そこでウエハＷに純水ミストを供給して、水溶性に変化したレジスト膜やエッチング残渣を除去し、その後、リンス処理、乾燥処理を行う。

このような一連の処理が終了したウエハＷでは、形成されるビアの側面はエッチング等によりダメージを受けている。このようなダメージ部の表面では、水分との反応性が通常部分よりも高まっているために、エッチング後のウエハＷの搬送過程や洗浄工程で、ミクロ的に見れば水酸基が露出した状態となりやすい。これによって、後にビアに金属を埋め込んで配線を形成した際の配線間の絶縁性が低下する問題を生ずる。そこで、このような水酸基を除去し、ビア側面のダメージ部をそのダメージから回復させるために、シリル化処理を行う。

そのため、洗浄処理が終了したウエハＷをシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂのいずれかに搬入する。例えば、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａへのウエハＷの搬入は次のようにして行われる。すなわち、蓋体４２ｂを下部容器４２ａから上昇離間させた状態で、ウエハＷを把持したウエハ搬送アーム１４ａがホットプレート４１上に進入する。昇降ピン６２が上昇させて、昇降ピン６２がウエハＷを支持し、ウエハＷがウエハ搬送アーム１４ａから離れたら、ウエハ搬送アーム１４ａを退出させる。その後、昇降ピン６２を降下させてウエハＷをホットプレート４１上に載置する。

ウエハＷがホットプレート４１上に載置されたら、ホットプレート４１を、後にシリル化ガスをチャンバ４２に供給した際にシリル化反応が起こる温度（例えば、５０℃〜２００℃の範囲内の所定の温度）に昇温する。これにより、ウエハＷは所定温度に加熱され、保持される。なお、ウエハＷをホットプレート４１上に載置する前に、予めホットプレート４１を所定温度に加熱しておいてもよい。

蓋体４２ｂの外周部下面がシールリング６３・６４に接するように蓋体４２ｂを降下させ、シール用排気口６６を通して空間６５を排気し、チャンバ４２を密閉させる。次に、排気機構４３を動作させてチャンバ４２内を排気し、所定の真空度、例えば、５Ｔｏｒｒ（＝６６６．６Ｐａ）に到達したら、バルブ５６を閉じてチャンバ４２内を減圧状態に保持する。このように、チャンバ４２からの排気を、一旦、中止する。

その後、シリル化ガス供給機構４４を動作させて、例えば、チャンバ４２内の圧力が５〜５５Ｔｏｒｒとなるように、一定量のシリル化ガスをチャンバ４２に所定量供給し、シリル化ガスをチャンバ４２内で拡散させる。これにより下記化１式によるシリル化反応が始まり、ビア側面のダメージ部をそのダメージから回復させる。なお、化１式はシリル化剤としてＤＭＳＤＭＡを示している。

シリル化ガスの組成は、例えば、ＤＭＳＤＭＡ供給源５７から０．１〜１．０ｇ／分の流量で、窒素ガス供給源５８から０．１〜１０ＮＬ／分の流量でそれぞれＤＭＳＤＭＡと窒素ガスを気化器５９へ送ることにより調整することができる。なお、シリル化ガスに代えて、シリル化剤の蒸気のみを供給してもよい。このようにシリル化ガスをチャンバ４２内に供給する前に既にウエハＷの温度がシリル化反応が生ずる温度に昇温されていても、減圧雰囲気に保持されたチャンバ４２内に供給されたシリル化ガスのチャンバ４２内での拡散が速いために、シリル化処理の面内均一性の低下は実質的に起こらない。

例えば、１５〜６００秒間、ウエハＷの温度を一定に保持してシリル化反応を行った後、ホットプレート４１を降温させ、また、バルブ５６を開いて真空ポンプ５４を動作させることにより、チャンバ４２内に残るシリル化ガスを排気する。その後、真空ポンプ５４の駆動を停止し、シリル化ガス供給機構４４から窒素ガスのみをチャンバ４２内に供給して、チャンバ４２内の圧力を外圧と合わせる。次いで、シール用排気口６６からの排気を停止して空間６５を大気圧に戻した後、蓋体４２ｂを上昇させる。さらに昇降ピン６２を上昇させてウエハＷを所定の高さまで持ち上げて、ウエハ搬送アーム１４ａ（または１４ｂ）をウエハＷの下側に進入させる。昇降ピン６２を降下させるとウエハＷはその途中でウエハ搬送アーム１４ａ（または１４ｂ）に把持され、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａから搬出される。制御装置４５は、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａにおけるこのような一連の処理の制御を行う。

上述の通り、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂによるシリル化処理では、減圧雰囲気に保持されたチャンバ４２内にシリル化ガス（またはシリル化剤の蒸気）を供給するために、チャンバ４２内でのシリル化ガス等の拡散が速く、しかも、均一に拡散させることができる。これにより、シリル化処理の面内均一性を高めることができる。

なお、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂを用いたシリル化処理として、加熱されていないホットプレート４１上にウエハＷを載置し、チャンバ４２を閉じてチャンバ４２を排気し、チャンバ４２内を所定の真空度に保持し、次いでチャンバ４２内にシリル化ガス等を供給して均一に拡散させた後にホットプレート４１を加熱してウエハＷをシリル化反応の起こる温度へ加熱する、という処理方法を用いてもよい。

次に、半導体ウエハＷに形成された層間絶縁膜をエッチング処理するためのエッチング処理システムにシリル化ユニットを組み込んだ形態について説明する。

図５にエッチング処理システム１００の概略構造を示す平面図を示す。エッチング処理システム１００は、プラズマエッチング処理を行うためのエッチングユニット１０１・１０２と、シリル化ユニット１０３・１０４を備えており、これらの各ユニット１０１〜１０４は六角形をなすウエハ搬送室１０５の４つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、ウエハ搬送室１０５の他の２つの辺にはそれぞれロードロック室１０６・１０７が設けられている。これらロードロック室１０６・１０７のウエハ搬送室１０５と反対側にはウエハ搬入出室１０８が設けられており、ウエハ搬入出室１０８のロードロック室１０６・１０７と反対側にはウエハＷを収容可能な３つのフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付けるポート１０９・１１０・１１１が設けられている。

エッチングユニット１０１・１０２およびシリル化ユニット１０３・１０４およびロードロック室１０６・１０７は、同図に示すように、ウエハ搬送室１０５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは各ゲートバルブＧを開放することによりウエハ搬送室１０５と連通され、各ゲートバルブＧを閉じることによりウエハ搬送室１０５から遮断される。また、ロードロック室１０６・１０７のウエハ搬入出室１０８に接続される部分にもゲートバルブＧが設けられており、ロードロック室１０６・１０７は、これらゲートバルブＧを開放することによりウエハ搬入出室１０８に連通され、これらを閉じることによりウエハ搬入出室１０８から遮断される。

ウエハ搬送室１０５内には、エッチングユニット１０１・１０２、シリル化ユニット１０３・１０４、ロードロック室１０６・１０７に対して、ウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１１２が設けられている。このウエハ搬送装置１１２は、ウエハ搬送室１０５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１１３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード１１４ａ・１１４ｂを有しており、これら２つのブレード１１４ａ・１１４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１１３に取り付けられている。なお、このウエハ搬送室１０５内は所定の真空度に保持されるようになっている。

ウエハ搬入出室１０８の天井部には図示しないＨＥＰＡフィルタが設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室１０８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室１０８のフープＦ取り付け用の３つのポート１０９・１１０・１１１にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これらポート１０９・１１０・１１１にウエハＷを収容したまたは空のフープが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬入出室１０８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室１０８の側面にはアライメントチャンバー１１５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。

ウエハ搬入出室１０８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室１０６・１０７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１１６が設けられている。このウエハ搬送装置１１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１１８上を走行可能となっており、その先端のハンド１１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。ウエハ搬送装置１１２・１１６の動作等、システム全体の制御は制御部１１９によって行われる。

シリル化ユニット１０３・１０４はそれぞれ同じ構造を有している。図６にシリル化ユニット１０３の概略構造を示す断面図を示す。このシリル化ユニット１０３が、先に説明したシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂと異なる点は、ウエハＷを加熱する手段としてホットプレート４１でなくランプ８１・８２を用いていること、チャンバ４２内に所定濃度の水蒸気を含む窒素ガスを供給することができるようになっていることの２点であるので、以下、これらの点についてのみ説明することとする。

シリル化ユニット１０３では、ウエハＷはランプ８１が埋設されたステージ８３の表面に載置される。また、蓋体４２ｂの下面側にランプ８２が埋設されている。ランプ８１としては、熱放射性の高いランプ（換言すれば、赤外線放射性の高いランプ）が好適に用いられる。これらランプ８１・８２を点灯させてウエハＷを加熱することにより、ウエハＷを急速加熱することができる。ランプ８１・８２は、ウエハＷの温度分布が均一となるように、その大きさや出力、配設数、配設パターンを設定することが望ましい。なお、ランプ８１・８２は同時に点灯させてもよいし、いずれか一方のみを点灯させてもよい。また、ランプ８１・８２のいずれか一方を備えていない構成としてもよい。

水蒸気供給機構９０は、純水供給源９１と、純水供給源９１から送られる純水を気化させる気化器９２とを備え、シリル化ガス供給機構４４を構成する窒素ガス供給源５８を併用する。シリル化ガスまたは水蒸気含有ガスのいずれか一方を選択的にチャンバ４２へ送ることができるように、送配管にはバルブ９３ａ・９３ｂが設けられている。

なお、エッチング処理システム１００では、図６に示したシリル化ユニット１０３・１０４のチャンバ４２は、ウエハ搬送室１０５との雰囲気を合わせるために、減圧可能なハウジングに収容されている。

層間絶縁膜上に所定パターンのエッチングマスクが形成されたウエハＷのエッチング処理システム１００における処理では、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室１０８内のウエハ搬送装置１１６により、いずれかのフープＦからウエハＷが１枚取り出され、アライメントチャンバー１１５に搬入され、そこでウエハＷの位置合わせが行われる。次いで、ウエハＷをロードロック室１０６・１０７のいずれかに搬入し、そのロードロック内を真空引きした後、ウエハ搬送室１０５内のウエハ搬送装置１１２によりそのロードロック内のウエハＷを取り出し、ウエハＷをエッチングユニット１０１・１０２のいずれかに搬入し、そこでエッチング処理を行う。

エッチング処理が終了したウエハＷは、シリル化ユニット１０３・１０４のいずれかに搬入される。ゲートバルブＧを閉じた後には、後にシリル化ガス等がチャンバ４２に供給された際にチャンバ４２から外部に漏れることを防止するために、ハウジング内がチャンバ４２内よりも陽圧となるように、ハウジング内を窒素雰囲気に保持する。

チャンバ４２内を必要に応じて排気し、所定の真空度に保持した後、チャンバ４２内にシリル化ガスを導入し、チャンバ４２内に均一に拡散させる。その後、ランプ８１・８２の一方または両方を点灯させて、ウエハＷをシリル化反応が起こる温度に加熱して保持する。これにより、エッチング処理によって形成されたビアの側壁においてエッチングガスによるダメージを受けている部分がシリル化される。

シリル化反応を所定時間行った後に、ランプ８１・８２を消灯し、チャンバ４２内を排気し、チャンバ４２内に窒素ガスを導入してチャンバ４２の内圧をハウジング内の圧力に合わせ、次いでチャンバ４２を開き、その後にハウジング内を排気してゲートバルブＧを開き、ウエハＷをウエハ搬送装置１１２によりシリル化ユニット１０３・１０４から搬出する。なお、シリル化ガスを排気するためにチャンバ４２を排気すると同時にハウジングを排気し、チャンバ４２の内圧とハウジングの内圧とを合わせて、チャンバ４２を開いてもよい。

続いて、ウエハＷをロードロック室１０６・１０７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室１０８内のウエハ搬送装置１１６によりロードロック室内のウエハＷを取り出し、いずれかのフープＦの所定位置に収容される。

上述したシリル化ユニット１０３・１０４によるシリル化処理では、ウエハＷの層間絶縁膜に形成されたビアの側面はシリル化によって吸湿性が低下しているために、フープＦに収容されて大気雰囲気にさらされても、その部分は大気中の水分と反応し難いために、層間絶縁膜の特性が高く維持される。

ところで、上述したエッチング処理システム１００によるウエハＷの処理では、エッチングユニット１０１・１０２からシリル化ユニット１０３・１０４への搬送は真空雰囲気で行われるために、ビア側面のダメージ部は実質的に吸湿反応を起こさないと考えられる。このため、上述した方法でシリル化処理を行ってもシリル化反応が進行し難い場合が想定される。シリル化ユニット１０３・１０４では、このような場合にも、チャンバ４２に水蒸気を供給することができる構成となっているので、シリル化反応が起こり易くなるようにダメージ部に吸湿反応を行わせ、その後にシリル化処理を行うことができる。

例えば、ウエハＷをチャンバ４２内に収容した後に、最初に水蒸気供給機構９０によりチャンバ４２内に水蒸気を含む窒素ガスを供給し、これによって層間絶縁膜に形成されたビア側面のダメージ部に吸湿反応を起こさせる。その後、チャンバ４２を排気し、シリル化ガスをチャンバ４２に供給し、次いでランプ８１・８２の一方または両方を点灯させてウエハＷを加熱して、シリル化反応を生じさせる。ランプ８１・８２を用いることでウエハＷを急速かつ均一に加熱することができるために、シリル化ガスが供給されている状態でウエハＷを加熱しても、ウエハＷの面内全体で均一な処理を行うことができる。なお、ランプ８１・８２の一方または両方を点灯させてウエハＷを加熱した後にシリル化ガスをチャンバ４２に供給して、シリル化反応を生じさせてもよい。

このようなエッチング処理システム１００を用いれば、例えば、所定の回路パターンで露光処理されたレジスト膜を備えたウエハＷを、最初にシリル化ユニット１０３・１０４のいずれかに搬入して、レジスト膜表面を露光パターンにしたがって選択的にシリル化した後、エッチングユニット１０１・１０２に搬入してそこでドライ現像を行うという一連の処理を行うこともできる。これにより、レジストマスクとして十分な耐エッチング性を有するレジストマスクを形成することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、当然に、ホットプレート４１を備えたシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ・１１ｂをエッチング処理システム１００に搭載してもよく、逆にランプ８１・８２を備えたシリル化ユニット１０３・１０４を洗浄処理システム１に搭載してもよい。また、シリル化剤としてＤＭＳＤＭＡを示したが、これに限定されることなく、例えば、ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane）、ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）等を用いてもよい。

さらに、例えば、シリル化処理装置とアッシング装置とを組み合わせて連続的処理を行うシステムを構築することも好ましいし、シリル化処理装置とレジスト塗布・現像処理装置とを組み合わせて連続的な処理を行うシステムを構築することも好ましい。

本発明は半導体製造装置および半導体装置の製造に好適である。

洗浄処理システムの概略構造を示す平面図。 洗浄処理システムの概略構造を示す正面図。 洗浄処理システムの概略構造を示す背面図。 洗浄処理システムに搭載されたシリル化ユニット（ＳＣＨ）の概略構造を示す断面図。 エッチング処理システムの概略構造を示す平面図。 エッチング処理システムに搭載されたシリル化ユニットの概略構造を示す断面図。

符号の説明

１；洗浄処理システム
２；処理ステーション
１１ａ・１１ｂ；シリル化ユニット
１２ａ〜１２ｄ；洗浄ユニット
１５ａ〜１５ｈ；変性処理ユニット
４１；ホットプレート
４２；チャンバ
４３；排気機構
４４；シリル化ガス供給機構
４５；制御装置
８１・８２；ランプ
９０；水蒸気供給機構
１００；エッチング処理システム
１０１・１０２；エッチングユニット
１０３・１０４；シリル化ユニット
Ｗ；ウエハ（基板）

Claims (11)

1. 基板を略水平姿勢で支持し、前記基板を加熱するホットプレートと、
   下部容器および前記下部容器の上面開口部を覆う蓋体とからなり、前記ホットプレートを収容するチャンバと、
   前記チャンバ内を排気するための排気機構と、
   シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給するガス供給機構と、
   前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させるために、前記チャンバ内を減圧した後に所定量の前記シリル化剤の蒸気または処理ガスが前記チャンバ内に供給されるように、前記排気機構と前記ガス供給機構を制御する制御装置と、
   を具備することを特徴とするシリル化処理装置。
2. 基板を略水平姿勢で支持するステージと、
   下部容器および前記下部容器の上面開口部を覆う蓋体とからなり、前記ステージを収容するチャンバと、
   前記ステージに載置された基板を加熱するために、前記ステージの上面側および／または前記蓋体の下面側に設けられたランプと、
   前記チャンバ内を排気するための排気機構と、
   シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給するガス供給機構と、
   前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させるために、前記チャンバ内を減圧した後に所定量の前記シリル化剤の蒸気または処理ガスが前記チャンバ内に供給されるように、前記排気機構と前記ガス供給機構を制御する制御装置と、
   を具備することを特徴とするシリル化処理装置。
3. 前記下部容器はその底部周縁に前記処理ガスを前記チャンバ内に導入するためのガス導入口を備え、前記蓋体はその中央部に前記チャンバを排気するための排気口を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリル化処理装置。
4. 前記蓋体の下面と前記基板の表面との間隔は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシリル化処理装置。
5. 前記下部容器は、その外周部にリング径の異なる２つのシール材と、前記２つのシール材の間に開口したシール用排気口と、を備え、
   前記蓋体が前記シール材に当接した状態で前記シール用排気口から排気を行うことにより前記チャンバが密閉されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシリル化処理装置。
6. 所定の膜を備えた基板をチャンバ内に収容する工程と、
   前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
   前記チャンバを排気し、前記チャンバ内が所定の真空度に到達したら前記チャンバの排気操作を停止し、前記チャンバ内を所定の減圧雰囲気に保持する工程と、
   シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給し、前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させ、前記膜をシリル化する工程と、
   を有することを特徴とするシリル化処理方法。
7. 所定の膜を備えた基板をチャンバ内に収容する工程と、
   前記チャンバを排気し、前記チャンバ内が所定の真空度に到達したら前記チャンバの排気操作を停止し、前記チャンバ内を所定の減圧雰囲気に保持する工程と、
   シリル化剤の蒸気または不活性ガスに所定量のシリル化剤の蒸気を含ませた処理ガスを前記チャンバに供給し、前記シリル化剤の蒸気または処理ガスを前記チャンバ内で略均一に拡散させる工程と、
   前記基板を加熱することにより前記膜をシリル化する工程と、
   を有することを特徴とするシリル化処理方法。
8. 前記チャンバ内において前記基板はホットプレート上に載置され、前記ホットプレートを昇温することにより前記基板を加熱することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のシリル化処理方法。
9. 前記チャンバ内において前記基板はステージ上に載置され、前記基板を前記チャンバ内に設けられたランプを点灯させることにより加熱することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のシリル化処理方法。
10. 前記膜はレジスト膜であり、前記レジスト膜をシリル化することにより前記レジスト膜の耐エッチング性を高めることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のシリル化処理方法。
11. 前記膜は、エッチング処理，アッシング処理，薬液処理，洗浄処理のうちの少なくとも１つの処理によってダメージを受けた部分を有する層間絶縁膜であり、前記ダメージ部がシリル化されることにより前記ダメージ部をそのダメージから回復させることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のシリル化処理方法。

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