JP4080272B2 - 基板処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハやＬＣＤガラス基板等の基板を処理する基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスの製造工程においては、フォトリソグラフィー技術を利用したシングルダマシン法やデュアルダマシン法を用いて、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に多層配線回路を形成している。図１２はシングルダマシン法による多層配線の形成工程の一例を示す説明図である。この方法では、最初に、ウエハに形成された絶縁膜９１の表面部分にパターニングされた下部配線９３をバリアメタル層９２を介して形成する。下部配線９３を覆うように絶縁膜９４を形成する。続いて絶縁膜９４上に反射防止膜（ＢＡＲＣ；Bottom Anti-Reflective Corting）９５を形成し、さらにその上にレジスト膜９６を形成する（図１２（ａ））。
【０００３】
レジスト膜９６を所定の回路パターンで露光処理し、さらに現像処理して、レジスト膜９６に所定の回路パターンを形成する（図１２（ｂ））。こうして得られたウエハの表面を、絶縁膜９４にビアホール９４ａが形成されて下部配線９３が露出するまでエッチング処理する（図１２（ｃ））。その後、レジスト膜９６を溶剤によって溶解するか、またはプラズマアッシング処理を行うことによって除去する（図１２（ｄ））。
【０００４】
次に、ビアホール９４ａに導電性材料９４ｂが埋め込まれるようにＣＶＤ法等を用いて導電性薄膜を形成し、さらにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等による平坦化処理を行う。このときに反射防止膜（ＢＡＲＣ）９５も除去される。こうして下部配線９３とビアホール９４ａ内の導電性材料９４ｂとが導通した溝配線が形成される（図１２（ｅ））。
【０００５】
このようなシングルダマシン法等においては、従来から一般的に、絶縁膜９４として酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）が用いられているが、近年のＶＬＳＩ等の半導体デバイスの開発においては、処理の高速化と低消費電力化等を目的として、絶縁膜９４として低誘電率の絶縁膜（ｌｏｗ−ｋ膜またはｌｏｗ−ε膜）が用いられるようになってきている。このｌｏｗ−ｋ膜としては、ポリイミド等の有機樹脂系膜や、このような有機樹脂系膜よりもさらに誘電率の小さい多孔質酸化シリコン膜等の多孔質ｌｏｗ−ｋ膜がある。
【０００６】
また、フォトリソグラフィー技術においては、より微細な回路パターンを形成するために、ｇ線やｉ線等よりも波長の短いＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザが用いられるようになってきており、レジスト膜の材料もこれらの波長に対応した種々の材料が提供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシングルダマシン法等にしたがってビアホールの形成を行う場合において、ＫｒＦエキシマレーザ等の短波長レーザに対応したレジスト膜を形成し、所定の処理後にこのレジスト膜を溶解することができる従来の薬液を使用してレジスト膜を除去すると、図１３（図１２（ｄ）において絶縁膜９４が多孔質ｌｏｗ−ｋ膜である場合に相当する）に示すように、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜がこの薬液によって浸食されてしまい、ビアホールの形状を保持できなくなるという問題が生ずる。また、ビアホールの幅が拡がることによって下地配線とのコンタクト不良が発生し、所望する回路特性が得られなくなるという問題が生ずる。このような問題は、レジスト膜に形成される回路パターンの線幅が細くなるにしたがって、より顕著に現れる。
【０００８】
これに対して、プラズマアッシング処理によってレジスト膜を除去する方法では、ビアホールを形成している壁面部分が損傷を受けることによって、ビアホールの幅が拡がるという問題が生じる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、形状精度に優れた溝配線要素を形成する基板処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、基板の表面に多孔質低誘電率層間絶縁膜を形成する工程と、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜の表面に所定の回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜をエッチング処理して、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜に溝配線要素を形成する工程と、前記基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記有機質膜を変性させるとともに、前記基板に付着したポリマー残渣を変性させる工程と、前記基板を有機溶剤で処理することによって前記基板から前記変性した有機質膜、及び前記変成したポリマー残渣を除去する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１２】
このような基板処理方法によれば、多孔質低誘電率層間絶縁膜にダメージを与えることなく、有機質膜のみを有機溶剤に溶解するように変性させることができるため、エッチング処理によって形成された溝配線要素の幅と形状を維持しながら、有機質膜を除去することができる。これにより、歩留まりおよび品質を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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具体的に説明する。ここでは、多孔質な低誘電率の絶縁膜（多孔質ｌｏｗ−ｋ膜）にダマシン構造の溝配線要素が形成された半導体デバイスを製造する場合について説明することとする。
【００１４】
図１は、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜の形成や多孔質ｌｏｗ−ｋ膜へのビアホールの形成に用いられるダマシン形成システムの概略構成を示す説明図である。このダマシン形成システムは、ＳＯＤシステム１０１と、レジスト塗布／現像システム１０２と、露光装置１０３と、エッチャー１０４と、レジスト除去システム１００と、から構成されており、これらシステムと装置の間でウエハＷを搬送することができるようになっている。
【００１５】
ＳＯＤシステム１０１は、ウエハＷに多孔質ｌｏｗ−ｋ膜を形成するために用いられ、ウエハＷに薬液を塗布して多孔質ｌｏｗ−ｋ膜を形成する塗布処理ユニットと、塗布膜の形成されたウエハＷを加熱／冷却して硬化させるキュア処理ユニット等を有している。
【００１６】
レジスト塗布／現像システム１０２は、エッチングマスクとしてのレジスト膜を形成するために用いられ、ウエハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を成膜するレジスト塗布処理ユニットと、ウエハＷに反射防止膜（ＢＡＲＣ）を成膜するＢＡＲＣ塗布処理ユニットと、露光装置１０３において所定のパターンで露光されたレジスト膜を現像処理する現像処理ユニットと、レジスト膜が成膜されたウエハＷや露光処理されたウエハＷ、現像処理が施されたウエハＷ、反射防止膜が成膜されたウエハＷをそれぞれ熱的に処理する熱的処理ユニット等を有している。
【００１７】
露光装置１０３は、レジスト膜が形成されたウエハＷに所定の回路パターンを露光する。エッチャー１０４は、ウエハＷ上に形成された種々の膜にエッチング処理を施すために用いられる。またレジスト除去システム１００は、後に詳細に説明するように、半導体デバイスの製造工程で不用となったレジスト膜やエッチング後の残渣を、水蒸気とオゾン（Ｏ３）を含む処理ガスによって変性させるレジスト変性処理ユニットと、変性したレジスト膜等を水洗してウエハＷから除去する処理を行う洗浄処理ユニット等を備えている。
【００１８】
図２はレジスト除去システム１００の概略平面図であり、図３はその概略正面図であり、図４はその概略背面図である。レジスト除去システム１００は、他の処理システム等からウエハＷが収容されたキャリアが搬入され、逆にレジスト除去システム１００において所定の処理が終了したウエハＷを収容したキャリアを次の処理を行う処理システム等へ搬出するためのキャリアステーション４と、レジストの変性処理およびその後のレジスト除去処理および水洗／乾燥処理等をウエハＷに施すための複数の処理ユニットを有する処理ステーション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で使用する薬液やガス等の調製／貯留を行うケミカルステーション５と、を具備している。
【００１９】
キャリアＣの内部において、ウエハＷは略水平姿勢で上下方向（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２には図示せず。図３および図４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。
【００２０】
図２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を有しており、キャリアＣは蓋体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３および図４に示すように、蓋体１０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。
【００２１】
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３および図４参照）１１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。
【００２２】
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。
【００２３】
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を有しており、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。後述するように処理ステーション２においてはフィルターファンユニット（ＦＦＵ）１８から清浄な空気がダウンフローされるために、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、ウエハＷの汚染が抑制される。
【００２４】
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。
【００２５】
処理ステーション２には、ウエハＷに形成されているレジスト膜の変性処理を行う８台のレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈが２列４段で背面側に配置され、レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｂにおける処理の終了したウエハＷからレジスト膜を除去し、水洗、乾燥処理を行う洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄが２列２段で正面側に配置されている。また、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。
【００２６】
さらに処理ステーション２において、主ウエハ搬送装置１４を挟んでウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ・１３ｂと対向する位置には、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄでの処理を終えたウエハＷを加熱乾燥するホットプレートユニット（ＨＰ）１９ａ〜１９ｄが４段に積み重ねられて配置されている。さらにまた、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａの上側には、加熱乾燥処理されたウエハＷを冷却するクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）２１ａ・２１ｂが積み重ねられている。なお、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂは、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）２１ａ・２１ｂとして用いることが可能である。処理ステーション２の上部には処理ステーション２の内部に清浄な空気を送風するフィルターファンユニット（ＦＦＵ）１８が設けられている。
【００２７】
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は水平方向に進退自在であり、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、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可能であり、これら各ユニット間でウエハＷを搬送する。
【００２８】
レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｄとレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ｅ〜１５ｈとは、その境界壁２２ｂについて略対称な構造を有している。後に詳細に説明するように、レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈは、ウエハＷを略水平姿勢で収容する密閉式のチャンバを有しており、このチャンバ内に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給することによって、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜をウエハＷから容易に除去されるように変性させる。
【００２９】
洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ・１２ｂは洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ｃ・１２ｄとは境界壁２２ａについて略対称な構造を有している。これは主ウエハ搬送装置１４の構造を簡単なものとし、ウエハ搬送アーム１４ａのアクセスを容易とするためである。これらの洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄは、ウエハＷを保持し、回転自在に構成されたスピンチャックと、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の表面に洗浄液（純水、有機溶剤）を噴射する洗浄液噴射ノズルと、ウエハＷの表面に乾燥ガスを噴射するガス噴射ノズルと、を有している。
【００３０】
ケミカルステーション５には、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを調整してレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈに供給する処理ガス供給装置１６と、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄで使用する洗浄液（純水）を貯蔵／送液する洗浄液供給装置１７と、が設けられている。処理ガス供給装置１６は、例えば、酸素ガスをオゾン化するオゾン発生装置と、オゾンを希釈する窒素ガスを供給し、また、レジストの変性処理後にチャンバ内をパージするための窒素ガスを供給する窒素ガス供給ラインと、純水を気化させて水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、オゾン／窒素混合ガスと水蒸気を混合させて処理ガスを生成するミキサーと、を有している。なお、オゾン発生装置においては、空気中の酸素をオゾン化することによって、オゾン／窒素混合ガスを生成することもできる。
【００３１】
次に、レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａを例として、その構造について詳細に説明する。図５および図６はレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａの概略断面図である。レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａは、ウエハＷを収容する密閉式のチャンバ３０を有しており、チャンバ３０は、固定された下部容器４１ａと、下部容器４１ａの上面を覆う蓋体４１ｂから構成され、蓋体４１ｂはレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａのフレーム４２に固定されたシリンダ４３によって昇降自在である。図５は蓋体４１ｂを下部容器４１ａに密接させた状態を示しており、図６は蓋体４１ｂを下部容器４１ａの上方に離間させた状態（退避状態）を示している。
【００３２】
下部容器４１ａ周縁の立起部の上面にはＯリング５１が配置されている。シリンダ４３を駆動して蓋体４１ｂを降下させると、蓋体４１ｂの裏面周縁が下部容器４１ａ周縁の立起部の上面に当接するとともに、Ｏリング５１が圧縮されてチャンバ３０内に密閉された処理空間が形成される。
【００３３】
下部容器４１ａにはウエハＷを載置するステージ３３が設けられており、このステージ３３の表面には、ウエハＷを支持するプロキシミティピン４４が複数箇所に設けられている。プロキシミティピン４４の高さは、ステージ３３の表面に結露が生じた場合に、ウエハＷの裏面が結露した液滴に接することがない高さ、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。これによりウエハＷの裏面へのウォーターマークやパーティクルの付着が防止され、ウエハＷの品質が高く保たれる。
【００３４】
ステージ３３の内部にはヒータ４５ａが埋設され、かつ、蓋体４１ｂにもヒータ４５ｂが埋設されており、ステージ３３と蓋体４１ｂをそれぞれ所定温度で保持することができるようになっている。これによりウエハＷの温度が一定に保持される。なお、ステージ３３と蓋体４１ｂの温度を変えることによって、処理空間内に温度勾配を設けて、処理を行うことも可能である。
【００３５】
蓋体４１ｂの裏面には、ウエハＷを保持する爪部材４６が、例えば３箇所（図５では１箇所のみ図示）に設けられている。ウエハ搬送アーム１４ａはこの爪部材４６に対してウエハＷの受け渡しを行う。爪部材４６がウエハＷを保持した状態で蓋体４１ｂを降下させると、その降下途中でウエハＷは、ステージ３３に設けられたプロキシミティピン４４に受け渡しされる。
【００３６】
チャンバ３０では、処理ガスがチャンバ３０の内部において略水平方向に流れるように、処理ガスを内部に導入するガス導入口３４ａおよび処理ガスを外部へ排気するガス排出口３４ｂが下部容器４１ａに設けられている。処理ガス供給装置１６はガス導入口３４ａに接続され、ガス排出口３４ｂには排気装置３２が接続されている。図５および図６では、ガス導入口３４ａおよびガス排出口３４ｂの高さ位置がプロキシミティピン４４に載置されたウエハＷの高さよりも下側で示されているが、ガス導入口３４ａおよびガス排出口３４ｂの位置はこのような形態に限定されない。
【００３７】
ウエハＷの処理ガスによる処理は、チャンバ３０の内部を一定の陽圧に保持して行うことが好ましい。このためにチャンバ３０の内部から下部容器４１ａと蓋体４１ｂとの間を通って外部に処理ガスが流出しないように、蓋体４１ｂと下部容器４１ａとの密閉処理を、シリンダ４３による押圧力に依存するだけでなく、より強固に行うことが好ましい。
【００３８】
このため、下部容器４１ａと蓋体４１ｂの端面にはそれぞれリング部材４７ａ・４７ｂが取り付けられており、下部容器４１ａの下方にこのリング部材４７ａ・４７ｂどうしを締め付けるロック機構３５が設けられている。
【００３９】
図５に示すように、ロック機構３５は、下部容器４１ａの裏面中心に固定された支持軸５２と、支持軸５２との間にベアリング５３を介して、回転装置５４によって回転自在に配置された回転筒５５と、回転筒５５に固定された円板５６と、円板５６の周縁の所定位置に設けられた挟持部材５７と、を有している。挟持部材５７は、回転軸５８回りに回転自在な押圧ローラ５９ａ・５９ｂと、回転軸５８を保持するローラ保持部材４８と、を有している。
【００４０】
図７はリング部材４７ａ・４７ｂの形状と挟持部材５７の位置を示す平面図であり、図８は押圧ローラ５９ａ・５９ｂの移動形態を示す説明図である。図７に示すように、リング部材４７ａ・４７ｂは紙面に垂直な方向で重なっている。リング部材４７ａ・４７ｂにはそれぞれ、切り欠き部４９が４箇所に等間隔で形成されている。この切り欠き部４９の位置に挟持部材５７が配置されている状態では、蓋体４１ｂの昇降を自由に行うことができる。
【００４１】
一方、回転装置５４を駆動して回転筒５５とともに円板５６を所定角度回転させると、押圧ローラ５９ｂは回転しながらリング部材４７ｂの上面を登ってリング部材４７ｂ上で静止し、押圧ローラ５９ａは回転しながらリング部材４７ａの下側に回り込んでリング部材４７ａの下側で静止する。押圧ローラ５９ａ・５９ｂ間の間隔をリング部材４７ｂの表面とリング部材４７ａの裏面との間の距離よりも短く設定することによって、リング部材４７ａ・４７ｂを締め付けることができ、これによってチャンバ３０の密閉性を向上させることができる。
【００４２】
次に、このように構成されたダマシン形成システムを用いて、ウエハＷにシングルダマシン構造の溝配線要素を形成する方法について説明する。図９はウエハＷにシングルダマシン構造の溝配線要素を形成する工程を示すフローチャートであり、図１０は図９に示す各ステップにおけるウエハＷの概略の形態を示す説明図である。
【００４３】
最初に、ウエハＷに形成された絶縁膜６０の表面部分にパターニングされた下部配線６１をバリアメタル層６１ａを介して形成する。（ステップ１、図１０（ａ））。下部配線６１の材質に限定はないが、一般的には、下部配線６１は銅（Ｃｕ）配線またはアルミニウム（Ａｌ）配線である。下部配線６１はウエハＷに直接に設けられた配線に限られず、例えば、デュアルダマシン構造を有する溝配線要素の表面側に形成されたトレンチであってもよい。
【００４４】
次に、ＳＯＤシステム１０１を用いて、下部配線６１を覆うように絶縁膜６０上に多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２を形成する（ステップ２、図１０（ｂ））。具体的には、スピンチャックに保持されたウエハＷの表面に薬液を供給し、スピンチャックを回転させて薬液を拡げ、塗布膜を形成する。次いでこのウエハＷをキュア処理ユニット等により熱処理する。この熱処理の過程で、塗布膜は多孔質化され、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２が得られる。
【００４５】
多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２が形成されたウエハＷはレジスト塗布／現像システム１０２に搬送されて、そこで、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２上に反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３が形成される（ステップ３、図１０（ｃ））。この反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３は、スピンチャックに保持されたウエハＷに所定の薬液を供給し、スピンチャックを回転させて薬液をウエハＷの全面に拡げて塗布膜を形成し、その後にウエハＷを所定の温度で加熱処理して、塗布膜に含まれる溶剤を蒸発させることによって行われる。
【００４６】
次に、反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３上にレジスト膜６４をスピンコートにより形成し（ステップ４、図１０（ｄ））、さらにレジスト膜６４に所定の回路パターンを形成する（ステップ５、図１０（ｅ））。続いて、ウエハＷはエッチャー１０４に搬送されて、そこでエッチング処理が行われる（ステップ６、図１０（ｆ））。こうして、下部配線６１に達するビアホール６２ａが形成される。
【００４７】
エッチング処理の終了したウエハＷは、レジスト除去システム１００に搬送され、そこでレジスト膜６４の除去およびポリマー残渣の除去が行われる（ステップ７、図１０（ｇ）・（ｈ））。具体的には、エッチング処理が終了したウエハＷの収容されたキャリアＣがオペレータによって、または自動搬送装置によって載置台６に載置される。キャリアＣの蓋体１０ａとシャッタ１０を搬送ステーション３側に退避させることによって窓部９ａが開かれる。続いてウエハ搬送ピック７ａによって、キャリアＣの所定位置にある１枚のウエハＷがウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂへ搬送される。
【００４８】
次に、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂに載置されたウエハＷをウエハ搬送アーム１４ａによってレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ（または１５ｂ〜１５ｈのいずれか）に搬入する。レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａへのウエハＷの搬入処理は次のようにして行われる。即ち、最初にチャンバ３０の蓋体４１ｂを下部容器４１ａの上方に退避させた状態とし、その後に、蓋体４１ｂに設けられた爪部材４６のウエハＷを保持する部分（水平方向に突出した部分）よりも僅かに高い位置へウエハＷが進入するように、ウエハＷを保持したウエハ搬送アーム１４ａを進入させる。次いで、ウエハ搬送アーム１４ａを一旦下方へ移動させると、ウエハＷは爪部材４６に受け渡される。
【００４９】
ウエハ搬送アーム１４ａをレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａから退避させた後に蓋体４１ｂを降下させて、蓋体４１ｂを下部容器４１ａに密着させ、さらにロック機構３５を動作させて、チャンバ３０を密閉状態とする。蓋体４１ｂを降下させる途中で、ウエハＷは爪部材４６からプロキシミティピン４４へ受け渡される。
【００５０】
ヒータ４５ａ・４５ｂを発熱させて、ステージ３３およびヒータ４５ａを所定の温度に保持する。例えば、ステージ３３を１００℃に保持し、蓋体４１ｂを１１０℃に保持する。これにより、チャンバ３０内に処理ガスを供給した際には、チャンバ３０内における水蒸気の密度は、蓋体４１ｂ側よりもステージ３３側で高くなるために、水蒸気を効率的にウエハＷにあてることができる。
【００５１】
ステージ３３および蓋体４１ｂが所定温度に保持され、かつ、ウエハＷの温度分布がほぼ一定となったら、最初に処理ガス供給装置１６からオゾン／窒素混合ガスのみをチャンバ３０内に供給して、チャンバ３０の内部がオゾン／窒素混合ガスでパージされ、かつ、所定の陽圧、例えばゲージ圧で０．２ＭＰａとなるように調節する。その後、オゾン／窒素混合ガスに水蒸気を混合させた処理ガスを、処理ガス供給装置１６からチャンバ３０内に供給する。この処理ガスによってウエハＷに形成されているレジスト膜やビアホール６２ａの周囲に付着しているポリマーは酸化されて水溶性へと変性する（図１０（ｇ））。チャンバ３０への処理ガスの供給量とチャンバ３０からの排気量は、チャンバ３０内が所定の陽圧となるように調整される。
【００５２】
処理ガスは、レジスト膜やポリマー残渣を水溶性へと変化させるが、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２にダメージを与えることはない。これによって、ビアホール６２ａの幅や形状が維持されるために、歩留まりおよび品質を向上させることができる。
【００５３】
ウエハＷの処理ガスによる処理が終了したら、処理ガスの供給を停止する。続いて処理ガス供給装置１６からチャンバ３０内に窒素ガスを供給して、チャンバ３０内を窒素ガスでパージする。このパージ処理時には、その後にチャンバ３０を開いたときに、排気装置３２からオゾン／窒素混合ガスが逆流してオゾン／窒素混合ガスがチャンバ３０から排出されないように、排気装置３２内からもオゾン／窒素混合ガスを完全に排出する。
【００５４】
窒素ガスによるパージ処理が終了した後には、チャンバ３０の内圧が外気圧と同じであることを確認する。これは、チャンバ３０の内部圧力が大気圧よりも高い状態でチャンバ３０を開くと、チャンバ３０が損傷するおそれがあるからである。チャンバ３０の内圧確認後、ロック機構３５による下部容器４１ａと蓋体４１ｂの締め付けを解除し、蓋体４１ｂを上昇させる。蓋体４１ｂを上昇させる際に、ウエハＷは爪部材４６に保持されて蓋体４１ｂとともに上昇する。ウエハ搬送アーム１４ａを下部容器４１ａと蓋体４１ｂとの隙間に進入させて、ウエハＷを爪部材４６からウエハ搬送アーム１４ａに受け渡す。
【００５５】
レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａにおける処理においては、レジストは水溶性へと変性するが、ウエハＷから除去されない。そこでウエハＷからレジストを除去するために、ウエハＷは、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに搬入されて、そこで洗浄液（例えば、純水、希フッ酸、有機酸系薬液（蓚酸アンモニウム系薬液、酢酸アンモニウム系薬液等）、アミン系薬液、アルコール、フッ化アンモニウム系薬液、燐酸アンモニウム系薬液）による変性したレジストの除去および反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３の除去処理が行われる（図１０（ｈ））。
【００５６】
次いで、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄにおける処理が終了したウエハＷは、ホットプレートユニット（ＨＰ）１９ａ〜１９ｄのいずれかに搬送されて、加熱乾燥された後、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）２１ａ・２１ｂのいずれかに搬送されて冷却処理される。所定の温度まで冷却されたウエハＷは、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａに搬送され、そこからウエハ搬送装置７によってキャリアＣの所定の位置に収容される。
【００５７】
次いで、ステップ７の終了したウエハＷに対しては、ビアホール６２ａの内壁にＣＶＤ法等によりバリアメタル層（図示せず）を形成し、その後にＣＶＤ法等を用いてビアホール６２ａに導電性材料が埋め込まれるように薄膜を形成し、さらにＣＭＰ法等による平坦化処理を行う（ステップ８）。こうして下部配線６１とビアホール６２ａとが導通するプラグ６９が形成される（図１０（ｉ））。
【００５８】
次に、本発明をデュアルダマシン法に適用した場合について説明する。図１１はデュアルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示す説明図である。図１１（ａ）は先に図１０（ｈ）に示した状態と同じであり、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２にビアホール６２ａが形成された状態を示している。この状態から、デュアルダマシン法では、ビアホール６２ａを導電性材料で埋設せずに、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２上にレジスト膜７１を形成する（図１１（ｂ））。このときレジスト膜７１はビアホール６２ａをも覆う。
【００５９】
続いて、レジスト膜７１上に反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡＲＣ）７２を形成し、所定のパターンでレジスト膜７１と反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡＲＣ）７２を露光、現像してパターニングする（図１１（ｃ））。このとき、図１１に示すように、ビアホール６２ａ内にレジストが残る場合がある。次に、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２の上部が一定高さだけ削られるようにウエハＷをエッチング処理する（図１１（ｄ））。
【００６０】
その後に、ウエハＷをレジスト除去システム１００を用いて、水蒸気とオゾンを含む処理ガスで処理することによって、レジスト膜７１を水溶性へと変性させ、その後の洗浄液による処理によって変性されたレジスト膜７１を除去する。このとき、レジスト膜７１上の反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡＲＣ）７２もウエハＷから剥離し、また、ビアホール６２ａ内のレジストも洗浄液に溶解して除去される。こうして、ビアホール６２ａとトレンチ６２ｂが形成される（図１１（ｅ））。
【００６１】
その後、ビアホール６２ａおよびトレンチ６２ｂの内壁にＣＶＤ法等によりバリアメタル層（図示せず）を形成し、その後にＣＶＤ法等を用いてビアホール６２ａおよびトレンチ６２ｂが導電性材料で埋め込まれるように薄膜を形成し、さらにＣＭＰ法等による平坦化処理を行う。これにより下部配線６１とビアホール６２ａおよびトレンチ６２ｂが導通するプラグ６９´が形成される（図１１（ｆ））。
【００６２】
このように、デュアルダマシン法を用いた場合にも、ビアホール６２ａやトレンチ６２ｂでのポリマー残渣の発生が抑制され、かつ、アッシング処理を行わないために多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２のビアホール６２ａ周りが損傷することがない。これによりビアホール６２ａとトレンチ６２ｂを寸法精度よく形成することができ、ひいてはデバイスの品質を高く保持することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、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、上記説明においては多孔質ｌｏｗ−ｋ膜にビアホールやトレンチを形成する場合について説明したが、従来の緻密質な層間絶縁膜を用いる場合にも、従来のプラズマアッシング処理に代えて、本発明を用いることができる。
【００６４】
また、上記説明においては、基板として半導体ウエハを例示したが、基板はこれに限定されない。例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）に使用されるガラス基板に電極回路を形成する際に使用されるレジストの除去処理等にも本発明を適用することができる。また、処理ガスには、オゾンと水蒸気以外の別の成分を含有させてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、多孔質低誘電率層間絶縁膜にダメージを与えることなく、レジスト膜等の有機質膜のみを有機溶剤に溶解するように変性させることができる。このため、エッチング処理によって形成された溝配線要素の幅と形状を維持しながら、有機質膜を除去することができ、歩留まりおよび品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダマシン形成システムの概略構成を示す説明図。
【図２】レジスト除去システムの概略平面図。
【図３】レジスト除去システムの概略正面図。
【図４】レジスト除去システムの概略背面図。
【図５】レジスト除去システムに備えられたレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）の概略断面図。
【図６】レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）の別の概略断面図。
【図７】チャンバに備えられたリング部材の形状とチャンバを固定する挟持部材の位置を示す平面図。
【図８】チャンバを固定する押圧ローラの移動形態を示す説明図。
【図９】シングルダマシン構造の溝配線要素を形成される工程を示すフローチャート。
【図１０】図９に示す各ステップにおけるウエハＷの概略の形態を示す説明図。
【図１１】デュアルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示す説明図。
【図１２】従来のシングルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示す説明図。
【図１３】従来のシングルダマシン法により多孔質ｌｏｗ−ｋ膜に形成された溝配線要素の一形態を示す断面図。
【符号の説明】
２；処理ステーション
３；搬送ステーション
４；キャリアステーション
１２ａ〜１２ｄ；洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）
１４；主ウエハ搬送装置
１５ａ〜１５ｈ；レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）
１６；処理ガス供給装置
３０；チャンバ
４１ａ；下部容器
４１ｂ；蓋体
１００；レジスト除去システム
Ｗ；ウエハ（基板）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハやＬＣＤガラス基板等の基板を処理する基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスの製造工程においては、フォトリソグラフィー技術を利用したシングルダマシン法やデュアルダマシン法を用いて、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に多層配線回路を形成している。図１２はシングルダマシン法による多層配線の形成工程の一例を示す説明図である。この方法では、最初に、ウエハに形成された絶縁膜９１の表面部分にパターニングされた下部配線９３をバリアメタル層９２を介して形成する。下部配線９３を覆うように絶縁膜９４を形成する。続いて絶縁膜９４上に反射防止膜（ＢＡＲＣ；Bottom Anti-Reflective Corting）９５を形成し、さらにその上にレジスト膜９６を形成する（図１２（ａ））。
【０００３】
レジスト膜９６を所定の回路パターンで露光処理し、さらに現像処理して、レジスト膜９６に所定の回路パターンを形成する（図１２（ｂ））。こうして得られたウエハの表面を、絶縁膜９４にビアホール９４ａが形成されて下部配線９３が露出するまでエッチング処理する（図１２（ｃ））。その後、レジスト膜９６を溶剤によって溶解するか、またはプラズマアッシング処理を行うことによって除去する（図１２（ｄ））。
【０００４】
次に、ビアホール９４ａに導電性材料９４ｂが埋め込まれるようにＣＶＤ法等を用いて導電性薄膜を形成し、さらにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等による平坦化処理を行う。このときに反射防止膜（ＢＡＲＣ）９５も除去される。こうして下部配線９３とビアホール９４ａ内の導電性材料９４ｂとが導通した溝配線が形成される（図１２（ｅ））。
【０００５】
このようなシングルダマシン法等においては、従来から一般的に、絶縁膜９４として酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）が用いられているが、近年のＶＬＳＩ等の半導体デバイスの開発においては、処理の高速化と低消費電力化等を目的として、絶縁膜９４として低誘電率の絶縁膜（ｌｏｗ−ｋ膜またはｌｏｗ−ε膜）が用いられるようになってきている。このｌｏｗ−ｋ膜としては、ポリイミド等の有機樹脂系膜や、このような有機樹脂系膜よりもさらに誘電率の小さい多孔質酸化シリコン膜等の多孔質ｌｏｗ−ｋ膜がある。
【０００６】
また、フォトリソグラフィー技術においては、より微細な回路パターンを形成するために、ｇ線やｉ線等よりも波長の短いＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザが用いられるようになってきており、レジスト膜の材料もこれらの波長に対応した種々の材料が提供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシングルダマシン法等にしたがってビアホールの形成を行う場合において、ＫｒＦエキシマレーザ等の短波長レーザに対応したレジスト膜を形成し、所定の処理後にこのレジスト膜を溶解することができる従来の薬液を使用してレジスト膜を除去すると、図１３（図１２（ｄ）において絶縁膜９４が多孔質ｌｏｗ−ｋ膜である場合に相当する）に示すように、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜がこの薬液によって浸食されてしまい、ビアホールの形状を保持できなくなるという問題が生ずる。また、ビアホールの幅が拡がることによって下地配線とのコンタクト不良が発生し、所望する回路特性が得られなくなるという問題が生ずる。このような問題は、レジスト膜に形成される回路パターンの線幅が細くなるにしたがって、より顕著に現れる。
【０００８】
これに対して、プラズマアッシング処理によってレジスト膜を除去する方法では、ビアホールを形成している壁面部分が損傷を受けることによって、ビアホールの幅が拡がるという問題が生じる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、形状精度に優れた溝配線要素を形成する基板処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、基板の表面に多孔質低誘電率層間絶縁膜を形成する工程と、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜の表面に所定の回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜をエッチング処理して、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜に溝配線要素を形成する工程と、前記基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記有機質膜を変性させるとともに、前記基板に付着したポリマー残渣を変性させる工程と、前記基板を有機溶剤で処理することによって前記基板から前記変性した有機質膜、及び前記変成したポリマー残渣を除去する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１２】
このような基板処理方法によれば、多孔質低誘電率層間絶縁膜にダメージを与えることなく、有機質膜のみを有機溶剤に溶解するように変性させることができるため、エッチング処理によって形成された溝配線要素の幅と形状を維持しながら、有機質膜を除去することができる。これにより、歩留まりおよび品質を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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具体的に説明する。ここでは、多孔質な低誘電率の絶縁膜（多孔質ｌｏｗ−ｋ膜）にダマシン構造の溝配線要素が形成された半導体デバイスを製造する場合について説明することとする。
【００１４】
図１は、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜の形成や多孔質ｌｏｗ−ｋ膜へのビアホールの形成に用いられるダマシン形成システムの概略構成を示す説明図である。このダマシン形成システムは、ＳＯＤシステム１０１と、レジスト塗布／現像システム１０２と、露光装置１０３と、エッチャー１０４と、レジスト除去システム１００と、から構成されており、これらシステムと装置の間でウエハＷを搬送することができるようになっている。
【００１５】
ＳＯＤシステム１０１は、ウエハＷに多孔質ｌｏｗ−ｋ膜を形成するために用いられ、ウエハＷに薬液を塗布して多孔質ｌｏｗ−ｋ膜を形成する塗布処理ユニットと、塗布膜の形成されたウエハＷを加熱／冷却して硬化させるキュア処理ユニット等を有している。
【００１６】
レジスト塗布／現像システム１０２は、エッチングマスクとしてのレジスト膜を形成するために用いられ、ウエハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を成膜するレジスト塗布処理ユニットと、ウエハＷに反射防止膜（ＢＡＲＣ）を成膜するＢＡＲＣ塗布処理ユニットと、露光装置１０３において所定のパターンで露光されたレジスト膜を現像処理する現像処理ユニットと、レジスト膜が成膜されたウエハＷや露光処理されたウエハＷ、現像処理が施されたウエハＷ、反射防止膜が成膜されたウエハＷをそれぞれ熱的に処理する熱的処理ユニット等を有している。
【００１７】
露光装置１０３は、レジスト膜が形成されたウエハＷに所定の回路パターンを露光する。エッチャー１０４は、ウエハＷ上に形成された種々の膜にエッチング処理を施すために用いられる。またレジスト除去システム１００は、後に詳細に説明するように、半導体デバイスの製造工程で不用となったレジスト膜やエッチング後の残渣を、水蒸気とオゾン（Ｏ３）を含む処理ガスによって変性させるレジスト変性処理ユニットと、変性したレジスト膜等を水洗してウエハＷから除去する処理を行う洗浄処理ユニット等を備えている。
【００１８】
図２はレジスト除去システム１００の概略平面図であり、図３はその概略正面図であり、図４はその概略背面図である。レジスト除去システム１００は、他の処理システム等からウエハＷが収容されたキャリアが搬入され、逆にレジスト除去システム１００において所定の処理が終了したウエハＷを収容したキャリアを次の処理を行う処理システム等へ搬出するためのキャリアステーション４と、レジストの変性処理およびその後のレジスト除去処理および水洗／乾燥処理等をウエハＷに施すための複数の処理ユニットを有する処理ステーション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で使用する薬液やガス等の調製／貯留を行うケミカルステーション５と、を具備している。
【００１９】
キャリアＣの内部において、ウエハＷは略水平姿勢で上下方向（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２には図示せず。図３および図４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。
【００２０】
図２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を有しており、キャリアＣは蓋体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３および図４に示すように、蓋体１０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。
【００２１】
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３および図４参照）１１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。
【００２２】
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。
【００２３】
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を有しており、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。後述するように処理ステーション２においてはフィルターファンユニット（ＦＦＵ）１８から清浄な空気がダウンフローされるために、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、ウエハＷの汚染が抑制される。
【００２４】
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。
【００２５】
処理ステーション２には、ウエハＷに形成されているレジスト膜の変性処理を行う８台のレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈが２列４段で背面側に配置され、レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｂにおける処理の終了したウエハＷからレジスト膜を除去し、水洗、乾燥処理を行う洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄが２列２段で正面側に配置されている。また、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。
【００２６】
さらに処理ステーション２において、主ウエハ搬送装置１４を挟んでウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ・１３ｂと対向する位置には、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄでの処理を終えたウエハＷを加熱乾燥するホットプレートユニット（ＨＰ）１９ａ〜１９ｄが４段に積み重ねられて配置されている。さらにまた、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａの上側には、加熱乾燥処理されたウエハＷを冷却するクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）２１ａ・２１ｂが積み重ねられている。なお、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂは、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）２１ａ・２１ｂとして用いることが可能である。処理ステーション２の上部には処理ステーション２の内部に清浄な空気を送風するフィルターファンユニット（ＦＦＵ）１８が設けられている。
【００２７】
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は水平方向に進退自在であり、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、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可能であり、これら各ユニット間でウエハＷを搬送する。
【００２８】
レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｄとレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ｅ〜１５ｈとは、その境界壁２２ｂについて略対称な構造を有している。後に詳細に説明するように、レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈは、ウエハＷを略水平姿勢で収容する密閉式のチャンバを有しており、このチャンバ内に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給することによって、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜をウエハＷから容易に除去されるように変性させる。
【００２９】
洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ・１２ｂは洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ｃ・１２ｄとは境界壁２２ａについて略対称な構造を有している。これは主ウエハ搬送装置１４の構造を簡単なものとし、ウエハ搬送アーム１４ａのアクセスを容易とするためである。これらの洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄは、ウエハＷを保持し、回転自在に構成されたスピンチャックと、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の表面に洗浄液（純水、有機溶剤）を噴射する洗浄液噴射ノズルと、ウエハＷの表面に乾燥ガスを噴射するガス噴射ノズルと、を有している。
【００３０】
ケミカルステーション５には、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを調整してレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈに供給する処理ガス供給装置１６と、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄで使用する洗浄液（純水）を貯蔵／送液する洗浄液供給装置１７と、が設けられている。処理ガス供給装置１６は、例えば、酸素ガスをオゾン化するオゾン発生装置と、オゾンを希釈する窒素ガスを供給し、また、レジストの変性処理後にチャンバ内をパージするための窒素ガスを供給する窒素ガス供給ラインと、純水を気化させて水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、オゾン／窒素混合ガスと水蒸気を混合させて処理ガスを生成するミキサーと、を有している。なお、オゾン発生装置においては、空気中の酸素をオゾン化することによって、オゾン／窒素混合ガスを生成することもできる。
【００３１】
次に、レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａを例として、その構造について詳細に説明する。図５および図６はレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａの概略断面図である。レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａは、ウエハＷを収容する密閉式のチャンバ３０を有しており、チャンバ３０は、固定された下部容器４１ａと、下部容器４１ａの上面を覆う蓋体４１ｂから構成され、蓋体４１ｂはレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａのフレーム４２に固定されたシリンダ４３によって昇降自在である。図５は蓋体４１ｂを下部容器４１ａに密接させた状態を示しており、図６は蓋体４１ｂを下部容器４１ａの上方に離間させた状態（退避状態）を示している。
【００３２】
下部容器４１ａ周縁の立起部の上面にはＯリング５１が配置されている。シリンダ４３を駆動して蓋体４１ｂを降下させると、蓋体４１ｂの裏面周縁が下部容器４１ａ周縁の立起部の上面に当接するとともに、Ｏリング５１が圧縮されてチャンバ３０内に密閉された処理空間が形成される。
【００３３】
下部容器４１ａにはウエハＷを載置するステージ３３が設けられており、このステージ３３の表面には、ウエハＷを支持するプロキシミティピン４４が複数箇所に設けられている。プロキシミティピン４４の高さは、ステージ３３の表面に結露が生じた場合に、ウエハＷの裏面が結露した液滴に接することがない高さ、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。これによりウエハＷの裏面へのウォーターマークやパーティクルの付着が防止され、ウエハＷの品質が高く保たれる。
【００３４】
ステージ３３の内部にはヒータ４５ａが埋設され、かつ、蓋体４１ｂにもヒータ４５ｂが埋設されており、ステージ３３と蓋体４１ｂをそれぞれ所定温度で保持することができるようになっている。これによりウエハＷの温度が一定に保持される。なお、ステージ３３と蓋体４１ｂの温度を変えることによって、処理空間内に温度勾配を設けて、処理を行うことも可能である。
【００３５】
蓋体４１ｂの裏面には、ウエハＷを保持する爪部材４６が、例えば３箇所（図５では１箇所のみ図示）に設けられている。ウエハ搬送アーム１４ａはこの爪部材４６に対してウエハＷの受け渡しを行う。爪部材４６がウエハＷを保持した状態で蓋体４１ｂを降下させると、その降下途中でウエハＷは、ステージ３３に設けられたプロキシミティピン４４に受け渡しされる。
【００３６】
チャンバ３０では、処理ガスがチャンバ３０の内部において略水平方向に流れるように、処理ガスを内部に導入するガス導入口３４ａおよび処理ガスを外部へ排気するガス排出口３４ｂが下部容器４１ａに設けられている。処理ガス供給装置１６はガス導入口３４ａに接続され、ガス排出口３４ｂには排気装置３２が接続されている。図５および図６では、ガス導入口３４ａおよびガス排出口３４ｂの高さ位置がプロキシミティピン４４に載置されたウエハＷの高さよりも下側で示されているが、ガス導入口３４ａおよびガス排出口３４ｂの位置はこのような形態に限定されない。
【００３７】
ウエハＷの処理ガスによる処理は、チャンバ３０の内部を一定の陽圧に保持して行うことが好ましい。このためにチャンバ３０の内部から下部容器４１ａと蓋体４１ｂとの間を通って外部に処理ガスが流出しないように、蓋体４１ｂと下部容器４１ａとの密閉処理を、シリンダ４３による押圧力に依存するだけでなく、より強固に行うことが好ましい。
【００３８】
このため、下部容器４１ａと蓋体４１ｂの端面にはそれぞれリング部材４７ａ・４７ｂが取り付けられており、下部容器４１ａの下方にこのリング部材４７ａ・４７ｂどうしを締め付けるロック機構３５が設けられている。
【００３９】
図５に示すように、ロック機構３５は、下部容器４１ａの裏面中心に固定された支持軸５２と、支持軸５２との間にベアリング５３を介して、回転装置５４によって回転自在に配置された回転筒５５と、回転筒５５に固定された円板５６と、円板５６の周縁の所定位置に設けられた挟持部材５７と、を有している。挟持部材５７は、回転軸５８回りに回転自在な押圧ローラ５９ａ・５９ｂと、回転軸５８を保持するローラ保持部材４８と、を有している。
【００４０】
図７はリング部材４７ａ・４７ｂの形状と挟持部材５７の位置を示す平面図であり、図８は押圧ローラ５９ａ・５９ｂの移動形態を示す説明図である。図７に示すように、リング部材４７ａ・４７ｂは紙面に垂直な方向で重なっている。リング部材４７ａ・４７ｂにはそれぞれ、切り欠き部４９が４箇所に等間隔で形成されている。この切り欠き部４９の位置に挟持部材５７が配置されている状態では、蓋体４１ｂの昇降を自由に行うことができる。
【００４１】
一方、回転装置５４を駆動して回転筒５５とともに円板５６を所定角度回転させると、押圧ローラ５９ｂは回転しながらリング部材４７ｂの上面を登ってリング部材４７ｂ上で静止し、押圧ローラ５９ａは回転しながらリング部材４７ａの下側に回り込んでリング部材４７ａの下側で静止する。押圧ローラ５９ａ・５９ｂ間の間隔をリング部材４７ｂの表面とリング部材４７ａの裏面との間の距離よりも短く設定することによって、リング部材４７ａ・４７ｂを締め付けることができ、これによってチャンバ３０の密閉性を向上させることができる。
【００４２】
次に、このように構成されたダマシン形成システムを用いて、ウエハＷにシングルダマシン構造の溝配線要素を形成する方法について説明する。図９はウエハＷにシングルダマシン構造の溝配線要素を形成する工程を示すフローチャートであり、図１０は図９に示す各ステップにおけるウエハＷの概略の形態を示す説明図である。
【００４３】
最初に、ウエハＷに形成された絶縁膜６０の表面部分にパターニングされた下部配線６１をバリアメタル層６１ａを介して形成する。（ステップ１、図１０（ａ））。下部配線６１の材質に限定はないが、一般的には、下部配線６１は銅（Ｃｕ）配線またはアルミニウム（Ａｌ）配線である。下部配線６１はウエハＷに直接に設けられた配線に限られず、例えば、デュアルダマシン構造を有する溝配線要素の表面側に形成されたトレンチであってもよい。
【００４４】
次に、ＳＯＤシステム１０１を用いて、下部配線６１を覆うように絶縁膜６０上に多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２を形成する（ステップ２、図１０（ｂ））。具体的には、スピンチャックに保持されたウエハＷの表面に薬液を供給し、スピンチャックを回転させて薬液を拡げ、塗布膜を形成する。次いでこのウエハＷをキュア処理ユニット等により熱処理する。この熱処理の過程で、塗布膜は多孔質化され、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２が得られる。
【００４５】
多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２が形成されたウエハＷはレジスト塗布／現像システム１０２に搬送されて、そこで、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２上に反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３が形成される（ステップ３、図１０（ｃ））。この反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３は、スピンチャックに保持されたウエハＷに所定の薬液を供給し、スピンチャックを回転させて薬液をウエハＷの全面に拡げて塗布膜を形成し、その後にウエハＷを所定の温度で加熱処理して、塗布膜に含まれる溶剤を蒸発させることによって行われる。
【００４６】
次に、反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３上にレジスト膜６４をスピンコートにより形成し（ステップ４、図１０（ｄ））、さらにレジスト膜６４に所定の回路パターンを形成する（ステップ５、図１０（ｅ））。続いて、ウエハＷはエッチャー１０４に搬送されて、そこでエッチング処理が行われる（ステップ６、図１０（ｆ））。こうして、下部配線６１に達するビアホール６２ａが形成される。
【００４７】
エッチング処理の終了したウエハＷは、レジスト除去システム１００に搬送され、そこでレジスト膜６４の除去およびポリマー残渣の除去が行われる（ステップ７、図１０（ｇ）・（ｈ））。具体的には、エッチング処理が終了したウエハＷの収容されたキャリアＣがオペレータによって、または自動搬送装置によって載置台６に載置される。キャリアＣの蓋体１０ａとシャッタ１０を搬送ステーション３側に退避させることによって窓部９ａが開かれる。続いてウエハ搬送ピック７ａによって、キャリアＣの所定位置にある１枚のウエハＷがウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂへ搬送される。
【００４８】
次に、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂに載置されたウエハＷをウエハ搬送アーム１４ａによってレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ（または１５ｂ〜１５ｈのいずれか）に搬入する。レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａへのウエハＷの搬入処理は次のようにして行われる。即ち、最初にチャンバ３０の蓋体４１ｂを下部容器４１ａの上方に退避させた状態とし、その後に、蓋体４１ｂに設けられた爪部材４６のウエハＷを保持する部分（水平方向に突出した部分）よりも僅かに高い位置へウエハＷが進入するように、ウエハＷを保持したウエハ搬送アーム１４ａを進入させる。次いで、ウエハ搬送アーム１４ａを一旦下方へ移動させると、ウエハＷは爪部材４６に受け渡される。
【００４９】
ウエハ搬送アーム１４ａをレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａから退避させた後に蓋体４１ｂを降下させて、蓋体４１ｂを下部容器４１ａに密着させ、さらにロック機構３５を動作させて、チャンバ３０を密閉状態とする。蓋体４１ｂを降下させる途中で、ウエハＷは爪部材４６からプロキシミティピン４４へ受け渡される。
【００５０】
ヒータ４５ａ・４５ｂを発熱させて、ステージ３３およびヒータ４５ａを所定の温度に保持する。例えば、ステージ３３を１００℃に保持し、蓋体４１ｂを１１０℃に保持する。これにより、チャンバ３０内に処理ガスを供給した際には、チャンバ３０内における水蒸気の密度は、蓋体４１ｂ側よりもステージ３３側で高くなるために、水蒸気を効率的にウエハＷにあてることができる。
【００５１】
ステージ３３および蓋体４１ｂが所定温度に保持され、かつ、ウエハＷの温度分布がほぼ一定となったら、最初に処理ガス供給装置１６からオゾン／窒素混合ガスのみをチャンバ３０内に供給して、チャンバ３０の内部がオゾン／窒素混合ガスでパージされ、かつ、所定の陽圧、例えばゲージ圧で０．２ＭＰａとなるように調節する。その後、オゾン／窒素混合ガスに水蒸気を混合させた処理ガスを、処理ガス供給装置１６からチャンバ３０内に供給する。この処理ガスによってウエハＷに形成されているレジスト膜やビアホール６２ａの周囲に付着しているポリマーは酸化されて水溶性へと変性する（図１０（ｇ））。チャンバ３０への処理ガスの供給量とチャンバ３０からの排気量は、チャンバ３０内が所定の陽圧となるように調整される。
【００５２】
処理ガスは、レジスト膜やポリマー残渣を水溶性へと変化させるが、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２にダメージを与えることはない。これによって、ビアホール６２ａの幅や形状が維持されるために、歩留まりおよび品質を向上させることができる。
【００５３】
ウエハＷの処理ガスによる処理が終了したら、処理ガスの供給を停止する。続いて処理ガス供給装置１６からチャンバ３０内に窒素ガスを供給して、チャンバ３０内を窒素ガスでパージする。このパージ処理時には、その後にチャンバ３０を開いたときに、排気装置３２からオゾン／窒素混合ガスが逆流してオゾン／窒素混合ガスがチャンバ３０から排出されないように、排気装置３２内からもオゾン／窒素混合ガスを完全に排出する。
【００５４】
窒素ガスによるパージ処理が終了した後には、チャンバ３０の内圧が外気圧と同じであることを確認する。これは、チャンバ３０の内部圧力が大気圧よりも高い状態でチャンバ３０を開くと、チャンバ３０が損傷するおそれがあるからである。チャンバ３０の内圧確認後、ロック機構３５による下部容器４１ａと蓋体４１ｂの締め付けを解除し、蓋体４１ｂを上昇させる。蓋体４１ｂを上昇させる際に、ウエハＷは爪部材４６に保持されて蓋体４１ｂとともに上昇する。ウエハ搬送アーム１４ａを下部容器４１ａと蓋体４１ｂとの隙間に進入させて、ウエハＷを爪部材４６からウエハ搬送アーム１４ａに受け渡す。
【００５５】
レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａにおける処理においては、レジストは水溶性へと変性するが、ウエハＷから除去されない。そこでウエハＷからレジストを除去するために、ウエハＷは、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに搬入されて、そこで洗浄液（例えば、純水、希フッ酸、有機酸系薬液（蓚酸アンモニウム系薬液、酢酸アンモニウム系薬液等）、アミン系薬液、アルコール、フッ化アンモニウム系薬液、燐酸アンモニウム系薬液）による変性したレジストの除去および反射防止膜（ＢＡＲＣ）６３の除去処理が行われる（図１０（ｈ））。
【００５６】
次いで、洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）１２ａ〜１２ｄにおける処理が終了したウエハＷは、ホットプレートユニット（ＨＰ）１９ａ〜１９ｄのいずれかに搬送されて、加熱乾燥された後、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）２１ａ・２１ｂのいずれかに搬送されて冷却処理される。所定の温度まで冷却されたウエハＷは、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａに搬送され、そこからウエハ搬送装置７によってキャリアＣの所定の位置に収容される。
【００５７】
次いで、ステップ７の終了したウエハＷに対しては、ビアホール６２ａの内壁にＣＶＤ法等によりバリアメタル層（図示せず）を形成し、その後にＣＶＤ法等を用いてビアホール６２ａに導電性材料が埋め込まれるように薄膜を形成し、さらにＣＭＰ法等による平坦化処理を行う（ステップ８）。こうして下部配線６１とビアホール６２ａとが導通するプラグ６９が形成される（図１０（ｉ））。
【００５８】
次に、本発明をデュアルダマシン法に適用した場合について説明する。図１１はデュアルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示す説明図である。図１１（ａ）は先に図１０（ｈ）に示した状態と同じであり、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２にビアホール６２ａが形成された状態を示している。この状態から、デュアルダマシン法では、ビアホール６２ａを導電性材料で埋設せずに、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２上にレジスト膜７１を形成する（図１１（ｂ））。このときレジスト膜７１はビアホール６２ａをも覆う。
【００５９】
続いて、レジスト膜７１上に反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡＲＣ）７２を形成し、所定のパターンでレジスト膜７１と反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡＲＣ）７２を露光、現像してパターニングする（図１１（ｃ））。このとき、図１１に示すように、ビアホール６２ａ内にレジストが残る場合がある。次に、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２の上部が一定高さだけ削られるようにウエハＷをエッチング処理する（図１１（ｄ））。
【００６０】
その後に、ウエハＷをレジスト除去システム１００を用いて、水蒸気とオゾンを含む処理ガスで処理することによって、レジスト膜７１を水溶性へと変性させ、その後の洗浄液による処理によって変性されたレジスト膜７１を除去する。このとき、レジスト膜７１上の反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡＲＣ）７２もウエハＷから剥離し、また、ビアホール６２ａ内のレジストも洗浄液に溶解して除去される。こうして、ビアホール６２ａとトレンチ６２ｂが形成される（図１１（ｅ））。
【００６１】
その後、ビアホール６２ａおよびトレンチ６２ｂの内壁にＣＶＤ法等によりバリアメタル層（図示せず）を形成し、その後にＣＶＤ法等を用いてビアホール６２ａおよびトレンチ６２ｂが導電性材料で埋め込まれるように薄膜を形成し、さらにＣＭＰ法等による平坦化処理を行う。これにより下部配線６１とビアホール６２ａおよびトレンチ６２ｂが導通するプラグ６９´が形成される（図１１（ｆ））。
【００６２】
このように、デュアルダマシン法を用いた場合にも、ビアホール６２ａやトレンチ６２ｂでのポリマー残渣の発生が抑制され、かつ、アッシング処理を行わないために多孔質ｌｏｗ−ｋ膜６２のビアホール６２ａ周りが損傷することがない。これによりビアホール６２ａとトレンチ６２ｂを寸法精度よく形成することができ、ひいてはデバイスの品質を高く保持することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、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、上記説明においては多孔質ｌｏｗ−ｋ膜にビアホールやトレンチを形成する場合について説明したが、従来の緻密質な層間絶縁膜を用いる場合にも、従来のプラズマアッシング処理に代えて、本発明を用いることができる。
【００６４】
また、上記説明においては、基板として半導体ウエハを例示したが、基板はこれに限定されない。例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）に使用されるガラス基板に電極回路を形成する際に使用されるレジストの除去処理等にも本発明を適用することができる。また、処理ガスには、オゾンと水蒸気以外の別の成分を含有させてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、多孔質低誘電率層間絶縁膜にダメージを与えることなく、レジスト膜等の有機質膜のみを有機溶剤に溶解するように変性させることができる。このため、エッチング処理によって形成された溝配線要素の幅と形状を維持しながら、有機質膜を除去することができ、歩留まりおよび品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダマシン形成システムの概略構成を示す説明図。
【図２】レジスト除去システムの概略平面図。
【図３】レジスト除去システムの概略正面図。
【図４】レジスト除去システムの概略背面図。
【図５】レジスト除去システムに備えられたレジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）の概略断面図。
【図６】レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）の別の概略断面図。
【図７】チャンバに備えられたリング部材の形状とチャンバを固定する挟持部材の位置を示す平面図。
【図８】チャンバを固定する押圧ローラの移動形態を示す説明図。
【図９】シングルダマシン構造の溝配線要素を形成される工程を示すフローチャート。
【図１０】図９に示す各ステップにおけるウエハＷの概略の形態を示す説明図。
【図１１】デュアルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示す説明図。
【図１２】従来のシングルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示す説明図。
【図１３】従来のシングルダマシン法により多孔質ｌｏｗ−ｋ膜に形成された溝配線要素の一形態を示す断面図。
【符号の説明】
２；処理ステーション
３；搬送ステーション
４；キャリアステーション
１２ａ〜１２ｄ；洗浄処理ユニット（ＣＬＮ）
１４；主ウエハ搬送装置
１５ａ〜１５ｈ；レジスト変性処理ユニット（ＶＯＳ）
１６；処理ガス供給装置
３０；チャンバ
４１ａ；下部容器
４１ｂ；蓋体
１００；レジスト除去システム
Ｗ；ウエハ（基板）
Claims (4)
- 基板の表面に多孔質低誘電率層間絶縁膜を形成する工程と、
前記多孔質低誘電率層間絶縁膜の表面に所定の回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、
前記多孔質低誘電率層間絶縁膜をエッチング処理して、前記多孔質低誘電率層間絶縁膜に溝配線要素を形成する工程と、
前記基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記有機質膜を変性させるとともに、前記基板に付着したポリマー残渣を変性させる工程と、
前記基板を有機溶剤で処理することによって前記基板から前記変性した有機質膜、及び前記変成したポリマー残渣を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。 - 前記有機質膜はレジスト膜であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
- 前記有機質膜はレジスト膜と反射防止膜とからなる２層膜であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
- 密閉されたチャンバ内に前記基板を保持し、前記チャンバの内部を陽圧に保持して、前記水蒸気とオゾンを含む処理ガスによる前記基板の処理が行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
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