(57)【要約】【課題】溝配線要素の形成過程で用いられる犠牲膜を容易に除去することができる基板処理方法を提供する。【解決手段】ウエハＷに形成された絶縁膜６４の表面に、絶縁膜６４に形成されているビアホール６４ａを埋めるように犠牲膜６７を形成し、次いで犠牲膜６７の表面にビアホール６４ａの幅よりも幅の広い溝をビアホール６４ａ上に有する回路パターンを備えたレジスト膜６８を形成する。続いて犠牲膜６７と絶縁膜６４をエッチング処理してビアホール６４ａの上部の幅を拡げ、トレンチ６４ｂを形成する。ウエハＷを水蒸気とオゾンを含む処理ガスで処理して、犠牲膜６７を変性させた後に、ウエハＷを所定の薬液で処理することによって変性した犠牲膜６７をウエハＷから除去する。これにより絶縁膜６４にデュアルダマシン構造の溝配線要素が形成される。【選択図】  図７
2004214388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
犠牲膜を備えた基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記基板を前記所定の薬液で処理した後に、前記基板を水洗処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
ビアホールを有する被エッチング膜を備えた基板の前記被エッチング膜の表面に、前記ビアホールを埋めるように犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜の表面に、前記ビアホールの幅よりも幅の広い溝を前記ビアホールの上方に有する回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、
前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチング処理して、前記ビアホールの上部の幅を拡げてトレンチを形成する工程と、
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犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
前記基板を前記所定の薬液で処理した後に、前記基板を水洗処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記処理ガスによって前記犠牲膜を変性させる工程において、前記処理ガスは前記有機質膜を変性させ、
前記所定の薬液によって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程において、前記処理ガスによって変性した有機質膜が前記所定の薬液によって除去されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記処理ガスによって前記犠牲膜を変性させる工程において、前記処理ガスは前記エッチング処理の後に前記基板に生ずるポリマー残渣を変性させ、
前記所定の薬液によって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程において、前記処理ガスによって変性したポリマー残渣が前記所定の薬液によって除去されることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記犠牲膜は無機系材料からなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【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１０は、デュア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。絶縁膜９４を備えたウエハ（ウエハは図示せず）の表面に反射防止膜（ＢＡＲＣ；Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏｒｔｉｎｇ）９５を形成した後に反射防止膜９５の表面にレジスト膜９６を形成し、次いでレジスト膜９６を所定のパターンで露光し、これを現像することによって、レジスト膜９６に回路パターンを形成する（図１０（ａ））。なお、図１０（ａ）に示す符号９０は絶縁膜を、符号９１はバリアメタル層を、符号９２は下部配線を、符号９３はストッパー膜を、それぞれ示している。
【０００３】
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が形成されるようにエッチング処理する（図１０（ｂ））。反射防止膜９５とレジスト膜９６を、薬液処理やアッシング処理等によって除去した後に、ビアホール９４ａを有する絶縁膜９４の表面に犠牲膜９７を形成する（図１０（ｃ））。このときビアホール９４ａも犠牲膜９７によって埋められる。
【０００４】
犠牲膜９７の表面にレジスト膜９８を形成して、レジスト膜９８を所定のパターンで露光し、これを現像することによって、レジスト膜９８に回路パターンを形成する（図１０（ｄ））。こうして得られたウエハの表面を、所定時間、エッチング処理することによって、ビアホール９４ａの上部がより幅の広いトレンチ９４ｂとなる（図１０（ｅ））。レジスト膜９８と犠牲膜９７を除去することによって、ビアホール９４ａとトレンチ９４ｂを備えた溝配線要素が絶縁膜９４に形成される（図１０（ｆ））。
【０００５】
このように、半導体デバイスの製造工程においては、溝配線要素や電極等を形成するために、一時的に形成されて所定の処理が終了した後に除去される、所謂、犠牲膜が用いられている。この犠牲膜の除去方法としては、オゾンガスを用いたアッシング処理が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１９６９５号公報（第４−５頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アッシングによって犠牲膜を除去すると、回路パターンが損傷するおそれがある。また、この方法では無機系材料からなる犠牲膜を除去することができないという問題がある。
【０００８】
犠牲膜の除去方法としては、ウエハを所定の薬液に浸漬させて犠牲膜を溶解する方法や、ウエハの表面に薬液を噴霧して犠牲膜を溶解する方法が知られており、実際に製造現場で用いられている。ところが、このような薬液によって犠牲膜を溶解する方法では、犠牲膜の溶解に長い時間が必要であるという問題がある。また、長時間にわたって犠牲膜を薬液と接した状態に保持すると、例えば、絶縁膜が多孔質膜である場合等には、この絶縁膜が薬液によって損傷を受けるという問題が生ずる場合がある。
【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、溝配線要素の形成過程で用いられる犠牲膜の除去を容易に行うことができ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】
本発明によれば、犠牲膜を備えた基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【００１１】
また本発明によれば、ビアホールを有する被エッチング膜を備えた基板の前記被エッチング膜の表面に、前記ビアホールを埋めるように犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の表面に、前記ビアホールの幅よりも幅の広い溝を前記ビアホールの上方に有する回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、
前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチング処理して、前記ビアホールの上部の幅を拡げてトレンチを形成する工程と、
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犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
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、水蒸気とオゾンを含む処理ガスによって犠牲膜を処理することによって犠牲膜を薬液に溶解し易い性質に変えることができるために、犠牲膜の除去を短時間で行うことができるようになる。これにより生産性を高めることができる。また、犠牲膜、レジスト膜、ポリマー残渣はそれぞれ薬液または純水に溶解しやすくなるために、これらの残渣を低減することができ、これにより製品の品質を高めることができる。
【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、デュアルダマシン構造の溝配線要素を有する絶縁膜を備え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は絶縁膜（層間絶縁膜）の形成や絶縁膜へのビアホール、トレンチ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、ＣＶＤ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、膜除去システム１００と、から構成されており、図示しない搬送装置によって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】
ＣＶＤシステム１０１は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）法によりウエハＷに絶縁膜やストッパー膜を形成するために用いられる。このＣＶＤシステム１０１に代えて、ウエハＷに薬液を塗布して絶縁膜等を形成するＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）システムを用いることもできる。
【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等を形成するために用いられる。レジスト塗布／現像システム１０２の詳細な構造は図示しないが、レジスト塗布／現像システム１０２は、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、ウエハＷに犠牲膜（ＳＬＡＭ）を成膜する犠牲膜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、犠牲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ために用いられる。エッチャー１０４では、ウエハＷ上に形成された種々の膜にエッチング処理が施される。また膜除去システム１００は、次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犠牲膜やレジスト膜、エッチング後のポリマー残渣を、水蒸気とオゾン（Ｏ３）を含む処理ガスのこれら分子によって変性させてウエハＷから除去するために用いられる。ここで「変性」とは、犠牲膜がウエハＷ上に残った状態で所定の薬液に対して溶解し易くなり、レジスト膜とポリマー残渣がウエハＷ上に残った状態で水溶性となることを意味する。つまり、処理ガスによるウエハＷの処理後には、犠牲膜、レジスト膜、ポリマー残渣は変性した状態でウエハＷ上に残っているために、処理ガスによる処理の終了したウエハＷを所定の薬液によって処理することにより、変性した犠牲膜はウエハＷから除去される。変性したレジスト膜とポリマー残渣は水洗処理によって除去することができるが、これらは犠牲膜の溶解に使用される所定の薬液によっても除去され得る。
【００１８】
図２は膜除去システム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。膜除去システム１００は、ウエハＷが収容されたキャリアが他の処理システム等から搬入され、逆に膜除去システム１００における処理の終了したウエハ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、ウエハＷに設けられた犠牲膜とレジスト膜（以下「犠牲膜等」という）の変性処理およびその後の犠牲膜等の除去処理、ウエハＷの水洗／乾燥処理等を行う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。
【００１９】
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）１８ａ・１８ｂを有しており、例えば、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１８ｂ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）１８ａ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）１８ａ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）１８ａ・１８ｂ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）１８ａ・１８ｂ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）１８ａ・１８ｂとの間でウエハＷを搬送する。
【００２５】
処理ステーション２の背面側には、ウエハＷに形成されている犠牲膜等の変性処理を行う８台の膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈが２列４段で配置されている。また、処理ステーション２の正面側には、膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈにおける処理の終了したウエハＷを薬液処理して犠牲膜等を除去し、さらにウエハＷを水洗、乾燥処理を行う洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄが２列２段で配置されている。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】
膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｄと膜変性処理ユニット（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。また、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ・１２ｂと洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）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。
【００２７】
膜変性処理ユニット（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犠牲膜等を薬液や純水によってウエハＷから容易に除去されるように変性させる。膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈの構造は後に詳細に説明する。
【００２８】
洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄは、その詳細な構造は図示しないが、ウエハＷを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の表面に犠牲膜等を溶解させるための所定の薬液を供給する薬液ノズルと、薬液処理後のウエハＷに純水を供給する純水ノズルと、純水処理後のウエハＷに乾燥ガスを噴射するガス噴射ノズルと、を有している。
【００２９】
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）１８ａ・１８ｂと対向する位置には、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）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）１８ａ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）１８ｂ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ァンフィルターユニット（ＦＦＵ）２５が設けられている。
【００３０】
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。
【００３１】
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膜変性処理ユニット（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（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄで使用する薬液を貯蔵／送液する薬液供給装置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、犠牲膜等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と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。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。
【００３２】
なお、ケミカルステーション５には、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄへの純水の供給を制御する純水供給調整装置（図示せず）と、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄへの乾燥ガスの供給を制御するガス供給調整装置（図示せず）と、が設けられている。例えば、膜除去システム１００への純水や乾燥ガスの供給は、図示しない工場配管等の供給ラインを用いて行われる。
【００３３】
次に、膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａの構造について、図５に示す概略断面図を参照しながら詳細に説明する。膜変性処理ユニット（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は膜変性処理ユニット（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いるが、蓋体４１ｂは下部容器４１ａの上方に待避可能である。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
ステージ３３の内部にはヒータ４５ａが、蓋体４１ｂにはヒータ４５ｂがそれぞれ埋設されており、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。
【００３７】
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２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。
【００３８】
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はこれよりも高い位置に設けてもよい。
【００３９】
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、下部容器４１ａと蓋体４１ｂとの密閉を、シリンダ４３による押圧力に依存するだけでなく、下部容器４１ａと蓋体４１ｂの端面に設けられた突起部４７ａ・４７ｂどうしをロック機構３５によって締め付けることによって行う。
【００４０】
このロック機構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。
【００４１】
この突起部４７ａ・４７ｂはそれぞれ下部容器４１ａと蓋体４１ｂの全周を囲ってはおらず、例えば、等間隔に４カ所に設けられており、隣接するものどうしの間には間隙部４９（図５の右側部分参照）が形成されている。突起部４７ａ・４７ｂはそれぞれ鉛直方向で重なる位置に配置される。この間隙部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。
【００４２】
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は突起部４７ｂの上面で静止し、押圧ローラ５９ａは突起部４７ａの下側で静止する。押圧ローラ５９ａ・５９ｂ間の間隔を突起部４７ｂの表面と突起部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、突起部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。
【００４３】
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に形成された絶縁膜にデュア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６はデュア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７は溝配線要素の形成過程における形態変化を示す説明図である。
【００４４】
最初に、バリアメタル層６１を介して下部配線（例えば、銅配線）６２が形成されている絶縁膜６０を備え、絶縁膜６０の表面にストッパー膜（例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜）６３が形成されているウエハＷ（ウエハＷ自体は図示しない）を準備する。このウエハＷをＣＶＤシステム１０１に搬入して、そこでストッパー膜６３上に絶縁膜６４を形成する（ステップ１、図７（ａ））。
【００４５】
次に絶縁膜６４が形成されたウエハＷを、レジスト塗布／現像システム１０２に搬入して、そこで、レジスト塗布処理ユニットを用いて絶縁膜６４上に反射防止膜６５、レジスト膜６６を逐次形成する。次いで、ウエハＷを露光装置１０３に搬送して、そこで所定のパターンで露光処理する。ウエハＷをレジスト塗布／現像システム１０２に戻して、現像処理ユニットにおいてレジスト膜６６を現像処理することによって、レジスト膜６６に所定の回路パターンを形成する（ステップ２、図７（ｂ））。
【００４６】
ウエハＷをエッチャー１０４に搬送して、そこでエッチング処理を行う（ステップ３、図７（ｃ））。これによりストッパー膜６３に達するビアホール６４ａが絶縁膜６４に形成される。このビアホール６４ａが形成されたウエハＷは、次に膜除去システム１００に搬送されて、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄのいずれかにおいて薬液処理され、ウエハＷからレジスト膜６６が除去される（ステップ４、図７（ｄ））。
【００４７】
続いてウエハＷは、レジスト塗布／現像システム１０２に搬送されて、そこで犠牲膜塗布処理ユニットを用いて、ビアホール６４ａを有する絶縁膜６４の表面に無機系材料（例えば、Ｓｉ−Ｏ系材料）からなる犠牲膜６７を形成する（ステップ５、図７（ｅ））。このときビアホール６４ａも犠牲膜６７によって埋められる。続いて、レジスト塗布処理ユニットにおいて犠牲膜６７の表面にエッチングマスクとなるレジスト膜６８を形成し、レジスト膜６８を露光装置１０３において所定のパターンで露光し、次いで現像処理ユニットにおいてレジスト膜６８を現像することによって、レジスト膜６８に回路パターンを形成する（ステップ６、図７（ｆ））。ここで、レジスト膜６８には、ビアホール６４ａの幅よりも広い溝をビアホール６４ａの上方に形成する。
【００４８】
次いで、ウエハＷをエッチャー１０４に搬送し、そこでウエハの表面を、所定時間、エッチング処理する。これによってビアホール６４ａの上部がより幅の広いトレンチ６４ｂとなる（ステップ７、図７（ｇ））。絶縁膜６４の上に犠牲膜６７を形成しておくことによって、絶縁膜６４においてエッチングされた部分の底面を平坦な形態とすることができる。
【００４９】
エッチング処理の終了したウエハＷは、膜除去システム１００に搬送され、そこで犠牲膜６７とレジスト膜６８の変性処理（ステップ８、図７（ｈ））と、それに続く犠牲膜６７とレジスト膜６８とポリマー残渣の除去処理が行われる（ステップ９、図７（ｉ））。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）１８ｂへ搬送される。
【００５０】
次に、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１８ｂに載置されたウエハＷをウエハ搬送アーム１４ａによって膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ（または１５ｂ〜１５ｈのいずれか）に搬入する。この膜変性処理ユニット（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。すなわち、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を下方へ降下させると、ウエハＷは爪部材４６に受け渡される。
【００５１】
ウエハ搬送アーム１４ａを膜変性処理ユニット（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。
【００５２】
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。
【００５３】
ステージ３３および蓋体４１ｂが所定温度（例えば、１１０℃〜１２０℃）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（例えば、オゾン含有量が９ｗｔ％で、流量が４Ｌ／分）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。
【００５４】
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（例えば、水蒸気量が水換算で１６ｍｌ／分）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に形成されている犠牲膜６７は薬液に溶解され易い性質へと変わり、レジスト膜６８とウエハＷに付着しているポリマー残渣（例えば、エッチング処理後に生ずるポリマー残渣）は水溶性に変わる（図７（ｈ））。このように処理ガスは、犠牲膜６７、レジスト膜、ポリマー残渣をそれぞれ変性させるが、絶縁膜６４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６４ａとトレンチ６４ｂの幅や形状が維持される。この処理ガスによるウエハＷの処理は、３分〜５分間行われる。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。
【００５５】
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して、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、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。
【００５６】
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。
【００５７】
膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａにおける処理においては、犠牲膜６７は薬液に溶解しやすい性質へと変化するだけであって、膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａにおける処理が終了した時点では、犠牲膜６７はウエハＷから除去されていない。そこでウエハＷから犠牲膜６７を除去するために、ウエハＷを洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに搬入し、そこで所定の薬液（例えば、希フッ酸、アミン系薬液）によって犠牲膜６７の除去処理が行われる（図７（ｉ））。
【００５８】
洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄにおける処理の一例として、以下の方法が挙げられる。例えば、略水平姿勢に保持されたウエハＷの表面に薬液を供給してパドルを形成し、所定時間が経過した後にウエハＷを回転させてウエハＷの表面から薬液を振り切る。さらにウエハＷを回転させながらウエハＷの表面に薬液を供給して犠牲膜６７を完全に除去する。犠牲膜６７の除去に使用される薬液が水溶液であれば、水溶性に変性したレジスト膜６８はこの薬液に溶解して除去される。また、犠牲膜６７の除去に使用される薬液が有機溶剤系であっても、レジスト膜６８は犠牲膜６７がウエハＷから除去される際に当然に除去される。薬液による処理の後には、ウエハＷを回転させながらウエハＷに純水を供給してウエハＷを水洗処理し、さらにウエハＷを高速回転させてスピン乾燥を行う。ウエハＷのスピン乾燥はウエハＷに乾燥ガスを供給しながら行ってもよい。
【００５９】
図８と図９は、市販されている無機系の犠牲膜材料を用いて犠牲膜６７を形成した場合の、その厚さと犠牲膜６７の除去処理に要する時間との関係を示すグラフである。ここでは、上述したように犠牲膜６７に対して処理ガスによる変性処理を行った後に薬液処理を行うことにより犠牲膜６７を除去する方法（実施例）と、エッチング処理後に処理ガスによる犠牲膜６７の変性処理を行うことなく直接に犠牲膜６７を薬液処理して犠牲膜６７を除去する方法（比較例）とを比較しており、図８は薬液として希フッ酸水溶液を用いた場合について、図９は薬液としてアミン系薬液を用いた場合について、それぞれ示されている、図８と図９から明らかなように、処理ガスによる変性処理を行った場合には、変性処理を行わなかった場合と比べて、短い処理時間で犠牲膜６７の除去を行うことができる。
【００６０】
なお、希フッ酸を使用した場合に、処理ガスによる変性処理に３分〜５分を要するのに対して、犠牲膜６７が除去される時間には実施例と比較例の場合で約５０秒の差しかない。しかし、比較例の場合には、犠牲膜６７を除去するために予めレジスト膜６８を除去する必要があるが、実施例の場合にはレジスト膜６８を前もって除去する必要はない。したがって、結果的に、エッチング処理が終了してから犠牲膜６７が除去されるまでに要する時間は、実施例の方が比較例の場合よりも短くなる。
【００６１】
洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄにおけるこのような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）１８ａ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。
【００６２】
犠牲膜６７が除去されたウエハＷに対しては、ストッパー膜６３が露出している部分をエッチング処理等によって除去する（ステップ１０、図７（ｊ））。こうしてデュアルダマシン構造の溝配線要素が形成される。形成された溝配線要素に、その後、ビアホール６４ａとトレンチ６４ｂの内壁にＣＶＤ法等によりバリアメタル層を形成し、次いでＣＶＤ法等を用いてビアホール６４ａとトレンチ６４ｂに導電性材料を埋め込み、ＣＭＰ法等による平坦化処理を行えば、下部配線６２とビアホール６４ａとが導通したプラグを形成することができる。
【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、犠牲膜は、無機系材料からなるものに限られるものではなく、有機系材料（例えば、ノボラック樹脂系材料）からなるものであってもよい。また、犠牲膜６７上に直接にレジスト膜６８を形成した工程を示したが、犠牲膜６７上に反射防止膜を形成し、その上にレジスト膜６８を形成してもよい。この場合にも、犠牲膜６７を変性させて除去する際に、反射防止膜も同時に除去される。
【００６４】
上記説明においては、膜除去システム１００としてウエハＷを１枚ずつ処理する装置（所謂、枚葉式処理装置）を示したが、犠牲膜６７等の変性処理は、一度に複数（例えば、２５枚）のウエハＷを処理する装置（所謂、バッチ式処理装置）を用いて行うこともできる。また、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ず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に使用されるガラス基板であってもよい。処理ガスには、オゾンと水蒸気以外の別の成分、例えば、過酸化水素等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、溝配線要素の形成工程で用いられる犠牲膜を、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薬液に溶解し易い性質に変えることができる。これによって犠牲膜の除去を短時間で行うことができるようになり、生産性が高められる。また、犠牲膜とレジスト膜、ポリマー残渣が薬液または純水に溶解しやすくなるために、これらの残渣を低減することができ、これにより製品の品質を高めることができる。
【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】膜除去システムの概略平面図。
【図３】膜除去システムの概略正面図。
【図４】膜除去システムの概略背面図。
【図５】膜除去システムに備えられた膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）の概略断面図。
【図６】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フローチャート。
【図７】溝配線要素の形成過程における形態変化を示す説明図。
【図８】犠牲膜の厚さと犠牲膜の除去処理に要する時間との関係を示すグラフ。
【図９】犠牲膜の厚さと犠牲膜の除去処理に要する時間との関係を示す別のグラフ。
【図１０】従来のデュアルダマシン法による溝配線要素の形成過程における形態変化を示す説明図。
【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（ＣＮＵ）
１５ａ〜１５ｈ；膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）
６０；絶縁膜
６２；下部配線
６３；ストッパー膜
６４；絶縁膜
６５；反射防止膜
６６；レジスト膜
６７；犠牲膜
６８；レジスト膜
１００；膜除去システム
Ｗ；ウエハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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