(57)【要約】【課題】エッチングとアッシングを同一処理容器内で行なうと、エッチングによる副生成物、例えばＦを含有する副生成物が処理容器の内壁や内部部品に付着し、この付着物がアッシング工程中にプラズマ化し、このプラズマが被処理体に作用して思わしくない影響を及ぼす。【解決手段】本発明のプラズマ処理方法は、搬送アーム１５Ａを介してプロセスチャンバ１１内にウエハＷを搬入する工程と、プロセスチャンバ１１内にＦを含む処理ガスを導入する工程と、処理ガスをプラズマ化し、ウエハＷ中のＳｉを含有するバリア層２２を覆っている絶縁膜層２３を、これを覆っているマスク層２４のパターン開口部２４Ａを介してエッチングしてバリア層２２を露出させる工程と、搬送アーム１５Ａを介してウエハＷをプロセスチャンバ１１から他のプロセスチャンバ１２内へ搬送する工程と、他のプロセスチャンバ１２内でウエハＷのマスク層２４を除去する工程とを有する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の処理容器と搬送手段を有するマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法において、上記搬送手段を介して一の処理容器内に被処理体を搬入する工程と、上記一の処理容器内にＦを含む処理ガスを導入する工程と、上記ガスをプラズマ化し、被処理体中のＳｉを含有する第１層を覆っている第２層を、第２層を覆っているマスク層のパターン開口を介してエッチングして第１層を露出させる工程と、上記搬送手段を介して上記被処理体を上記一の処理容器から他の処理容器内へ搬送する工程と、上記他の処理容器内で上記被処理体のマスク層を除去する工程と、を有することを特徴とするマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項２】
上記第２層は、有機シロキサンによって形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項３】
複数の処理容器と搬送手段を有するマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法において、上記搬送手段を介して一の処理容器内に被処理体を搬入する工程と、上記一の処理容器内にＦを含む処理ガスを導入する工程と、上記ガスをプラズマ化し、被処理体中のＳｉを含有する第１層の途中まで、第１層を覆っているマスク層のパターン開口を介してエッチングする工程と、上記搬送手段を介して上記被処理体を上記一の処理容器から他の処理容器内へ搬送する工程と、上記他の処理容器内で上記被処理体のマスク層を除去する工程と、を有することを特徴とするマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項４】
上記第１層は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣの中から選択されるいずれか一つによって形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項５】
上記第１層は、ポリシリコン、単結晶シリコン、ドープトシリコン、アモルファスシリコンの中から選択されるいずれか一つによって形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項６】
上記処理ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ８Ｆ８の少なくともいずれか１つを含むガスであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項７】
上記マスク層は、有機物によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項８】
上記マスク層は、フォトレジストによって形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【請求項９】
上記マスク層を除去する工程では、Ｎ２及びＨ２を含むガスのプラズマを用いることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からプラズマ処理には例えばプラズマエッチング（以下、単に「エッチング」と称す。）やプラズマアッシング（以下、単に「アッシング」と称す。）等がある。エッチング工程では例えば被処理体中の層間絶縁層（例えば、有機絶縁層）をマスク層のパターン開口を介してエッチングし、アッシング工程ではプラズマエッチング後のマスク層をアッシングにより除去していた。従来のプラズマ処理方法では、スループット向上のためにエッチングとアッシングを同一処理容器内で行なっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エッチングとアッシングを同一処理容器内で行なうと、エッチングによる副生成物、例えばＦを含有する副生成物が処理容器の内壁や内部部品に付着し、この付着物が次のアッシング工程中にプラズマ化し、このプラズマが被処理体に作用して思わしくない影響を及ぼし、デバイス性能を劣化させる虞があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、エッチングによる副生成物の影響を受けることなくアッシングを行うことができるマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、複数の処理容器と搬送手段を有するマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法において、上記搬送手段を介して一の処理容器内に被処理体を搬入する工程と、上記一の処理容器内にＦを含む処理ガスを導入する工程と、上記ガスをプラズマ化し、被処理体中のＳｉを含有する第１層を覆っている第２層を、第２層を覆っているマスク層のパターン開口を介してエッチングして第１層を露出させる工程と、上記搬送手段を介して上記被処理体を上記一の処理容器から他の処理容器内へ搬送する工程と、上記他の処理容器内で上記被処理体のマスク層を除去する工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１に記載の発明において、上記第２層は、有機シロキサンによって形成されてなることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項３に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、複数の処理容器と搬送手段を有するマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法において、上記搬送手段を介して一の処理容器内に被処理体を搬入する工程と、上記一の処理容器内にＦを含む処理ガスを導入する工程と、上記ガスをプラズマ化し、被処理体中のＳｉを含有する第１層の途中まで、第１層を覆っているマスク層のパターン開口を介してエッチングする工程と、上記搬送手段を介して上記被処理体を上記一の処理容器から他の処理容器内へ搬送する工程と、上記他の処理容器内で上記被処理体のマスク層を除去する工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項４に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１層は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣの中から選択されるいずれか一つによって形成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項５に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１層は、ポリシリコン、単結晶シリコン、ドープトシリコン、アモルファスシリコンの中から選択されるいずれか一つによって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項６に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記処理ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ８Ｆ８の少なくともいずれか１つを含むガスであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項７に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記マスク層は、有機物によって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項８に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記マスク層は、フォトレジストによって形成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項９に記載のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記マスク層を除去する工程では、Ｎ２及びＨ２を含むガスのプラズマを用いることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明について説明する。
まず、本発明に好適に用いられるマルチチャンバシステムについて説明する。本実施形態に用いられるマルチチャンバシステム１０は、例えば図１に示すように、複数（本実施形態では４つ）の真空処理容器（以下、「プロセスチャンバ」と称す。）１１〜１４と、これらの第１〜第４プロセスチャンバ１１〜１４がそれぞれのゲートバルブ１１Ａ〜１４Ａを介して連結された五角形のトランスファチャンバ１５と、トランスファチャンバ１５の残余の壁面にゲートバルブ１６Ａ、１７Ａを介して連結された２つのカセットチャンバ１６、１７とを備えている。トランスファチャンバ１５内には多関節型の搬送アーム１５Ａが配設され、この搬送アーム１５Ａを介してカセットチャンバ１６内のカセットからいずれかのプロセスチャンバ１１〜１４へウエハＷを一枚ずつ搬送する。第１〜第４プロセスチャンバ１１〜１４は、プロセスチャンバ内でプロセスガスのプラズマを発生してサセプタ１１Ｂ〜１４Ｂ上のウエハＷに対してエッチングまたはアッシングを行うように構成されている。
【００１５】
次に、本発明のマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法の一実施形態について図２をも参照しながら説明する。まず、カセットチャンバ１６のゲートバルブ１６Ａを開き、搬送アーム１５Ａを介してカセットチャンバ１６内のカセットからトランスファチャンバ１５内へウエハＷを搬入した後、ゲートバルブ１６Ａを閉じる。次いで、例えば第１プロセスチャンバ１１のゲートバルブ１１Ａを開いた後、搬送アーム１５Ａを介してトランスファチャンバ１５から第１プロセスチャンバ１１内にウエハＷを搬入し、サセプタ１１Ｂ上に載置してゲートバルブ１１Ａを閉じる。次いで、第１プロセスチャンバ１１内を排気しながらＦを含む処理ガスをエッチングガスとして導入し、所定の真空度でプラズマ発生手段によってエッチングガスをプラズマ化し、ウエハＷ中のプラズマ処理対象部分をエッチングする。
【００１６】
ウエハＷのプラズマ処理対象部は、例えば図２の（ａ）に示すように、下から上に向かってメタル配線層２１、Ｓｉを含有する第１層としてのバリア層２２、第２層としての絶縁膜層２３、マスク層２４が形成され、また、マスク層２４には所定のパターンで開口部２４Ａが形成されている。そして、プラズマ処理対象部にはマスク層２４の開口部２４Ａを介してプラズマ処理が施される。プラズマ処理時には例えば同図の（ｂ）に示すようにフロロカーボン等を含むガスを用いてマスク層２４の開口部２４Ａから絶縁膜層２３をエッチングしてバリア層２２を露出させる。
【００１７】
次いで、第１プロセスチャンバ１１のゲートバルブ１１Ａを開き、搬送アーム１５Ａを介してエッチング後のウエハＷを第１プロセスチャンバ１１からトランスファチャンバ１５へ搬出した後、ゲートバルブ１１Ａを閉じる。この後、例えば他の第２プロセスチャンバ１２のゲートバルブ１２Ａを開き、搬送アーム１５Ａを介してエッチング後のバリア層２２が露出したウエハＷをトランスファチャンバ１５から第２プロセスチャンバ１２内のサセプタ１２Ｂ上に載置してゲートバルブ１２Ａを閉じる。引き続き、第２プロセスチャンバ１２内にＮ２とＨ２とを含むガスをアッシングガスとして導入し、プラズマ発生手段によってアッシングガスをプラズマ化し、同図の（ｃ）に示すようにマスク層２４をアッシングして除去する。
【００１８】
このようにバリア層２２上の絶縁膜層２３のエッチングと、マスク層２４の除去をそれぞれ別々の第１、第２プロセスチャンバ１１、１２内で行うことにより、第２プロセスチャンバ１２内にエッチングによるＦを含有する副生成物が付着していない状態、即ち、露出したバリア層２２に作用するフッ素活性種が生成しない状態でマスク層２４をアッシングにより除去できるため、フッ素活性種によるバリア層２２の削れを抑制することができ、延いてはデバイスの劣化を防止することができる。
【００１９】
また、第２プロセスチャンバ１２内でアッシングを行っている間に、必要に応じて第１プロセスチャンバ１１内をクリーニングし、エッチングによるＦを含む副生成物を除去して次のエッチングに備える。クリーニングの際には、第１プロセスチャンバ１１内にＯ２を含むガスを導入し、プラズマ発生手段を介して酸素をプラズマ化し、このプラズマを用いる。
【００２０】
第２プロセスチャンバ１２においてウエハＷのマスク層２４を除去した後、ゲートバルブ１２Ａが開き、搬送アーム１５Ａを介して第２プロセスチャンバ１２内からトランスファチャンバ１５内へウエハＷを搬出する。そして、カセットチャンバ１７のゲートバルブ１７Ａが開く。続いて、搬送アーム１５Ａを介してトランスファチャンバ１５からカセットチャンバ１７のカセット内にプラズマ処理後のウエハＷを収納する。
【００２１】
而して、シリコンを含有する第１層であるバリア層２２としてはＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣのいずれか１つによって形成されていることが好ましい。また、バリア層２２を覆っている第２層である絶縁膜層２３としてはデバイス性能を良くするために比誘電率が低い絶縁膜であることが好ましい。比誘電率が低い絶縁膜層２３としては、例えば有機シロキサンによって形成されていることが好ましい。その他、第２層としての絶縁膜層２３としては、例えばＭＳＱ、ポーラスＭＳＱ（ＪＳＲ社の商品名：ＬＫＤ）、ポーラスシリカ、ＦＳＧ、ＣＶＤ−ＳｉＯＣ（商品名：ＣＯＲＡＬ、Ｂｌａｃｋ　Ｄｉａｍｏｎｄ等）によって形成されていることが好ましい。勿論、ＳｉＯ２も用いることができる。
【００２２】
また、第２層である絶縁膜層２３をエッチングするＦを含む処理ガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ８Ｆ８等のフロロカーボンや、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等のハイドロフロロカーボンの少なくともいずれか１つ以上を含むガスを用いることができる。また、これ以外にも、メタン（ＣＨ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）等やフッ素（Ｆ２）、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）等との混合ガスを用いることができる。また、これらに窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等を添加しても良い。マスク層２４としては、例えば有機層が好ましく、また有機層としては例えばフォトレジストが好ましい。このマスク層２４をアッシングにより除去するには、アッシングガスとして上記のＮ２とＨ２とを含むガスの他、酸素（Ｏ２）を含むガスのプラズマを使用することができる。
【００２３】
マスク層２４を除去するアッシングガスとして、Ｎ２を含むガス、またはＮ２とＨ２とを含むガスを使用すれば、シリコンを含有するバリア層２２上にある絶縁膜層２３の側面の削れを抑制することができる。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、マルチチャンバシステム１０を用いてウエハＷに対してエッチング及びアッシングのプラズマ処理を施す際に、マルチチャンバ１０のトランスファチャンバ１５内の搬送アーム１５Ａを介してカセットチャンバ１６から第１プロセスチャンバ１１内にウエハＷを搬入する工程と、この第１プロセスチャンバ１１内にＦを含むエッチングガスを導入する工程と、このエッチングガスをプラズマ化し、ウエハＷ中のＳｉを含有するバリア層２２を覆っている絶縁膜層２３を、この絶縁膜層２３を覆っているマスク層２４の開口部２４Ａを介してエッチングしてバリア層２２を露出させる工程と、搬送アーム１５Ａを介してウエハＷを第１プロセスチャンバ１１から他の第２プロセスチャンバ１２内へ搬送する工程と、第２プロセスチャンバ１２内でウエハＷのマスク層２４を除去する工程とを有するため、第１プロセスチャンバ１１内に付着したＦを含む副生成物の影響を受けることなく、第２プロセスチャンバ１２内においてウエハＷ中のマスク層２４に対してアッシングを行なってマスク層２４を除去することができる。この結果、ウエハＷのバリア層２２の削れを防止してデバイス性能の劣化を防止することができる。
【００２５】
また、本発明は例えば図３に示す溝を形成する場合にも適用することができる。例えば図３の（ａ）に示すように、ウエハＷには下から上に向かってメタル配線層３１、第１層としてのシリコンを含有する絶縁膜層（例えば、ＳｉＯ２膜層）３２、マスク層（フォトレジスト層）３３が形成され、また、マスク層３３には所定のパターンで開口部３３Ａが形成されている。そして、本実施形態においても上記実施形態と同様に搬送アーム１５Ａを介してウエハＷをカセットチャンバ１６から第１プロセスチャンバ１１内のサセプタ１１Ａ上に載置してゲートバルブ１１Ａを閉じた後、エッチングガスを第１プロセスチャンバ１１内に導入し、プラズマ発生手段を介してエッチングガスをプラズマ化し、プラズマによって図３の（ａ）に示すようにマスク層３３の開口部３３ＡからＳｉを含有する絶縁膜層３２を途中までエッチングして溝３２Ａを形成する（同図の（ｂ）参照）。次いで、搬送アーム１５Ａを介して第１プロセスチャンバ１１から第２プロセスチャンバ１２内へ搬送した後、ゲートバルブ１２Ａを閉じ、アッシングガスを第２プロセスチャンバ１２内へ導入し、プラズマ発生手段を介してアッシングガスをプラズマ化し、プラズマによってマスク層３３をアッシングして除去する（同図の（ｃ）参照）。
【００２６】
而して、上記実施形態において、第１プロセスチャンバ１１内ではエッチングガスとしては、例えばＣ４Ｆ８（またはＣ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６）とＣＯとＯ２とＡｒの混合ガス等を使用することができる。シリコンを含有する絶縁膜層３２が有機系の酸化シリコン膜の場合には、更にＮ２を加えると良い。また、第２プロセスチャンバ１２内ではアッシングガスとしては、例えば、Ｎ２を含むガス、またはＮ２とＨ２とを含むガスを使用することができる。本実施形態においても上記実施形態と同様に、第２プロセスチャンバ１２内でアッシングを行っている間に、第１プロセスチャンバ１１内で例えば酸素ガスのプラズマを用いて第１プロセスチャンバ１１内の部品に付着したフッ素を含有する副生成物を除去する。本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
実施例１
本実施例では図１に示すマルチチャンバシステム１０を用いて図２に示すウエハＷのプラズマ処理を行った。本実施例に用いたウエハＷは、バリア層２２の種類のみをＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣに変え、バリア層２２を覆っている絶縁膜層２３が有機シロキサンで、マスク層２４がフォトレジストによって形成されている。これら３種類のウエハＷをそれぞれ第１プロセスチャンバ１１内に搬入した後、第１プロセスチャンバ１１内にＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２の混合ガスを所定の流量（Ｃ４Ｆ８：Ａｒ：Ｎ２＝６ｓｃｃｍ：１０００ｓｃｃｍ：１５０ｓｃｃｍ）でエッチングガスとして導入し、例えば１５０ｍＴｏｒｒの圧力下でこのエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマによってバリア層２２を覆っている絶縁膜層２３のエッチングを行った。エッチング後、各ウエハＷを第１プロセスチャンバ１１から第２プロセスチャンバ１２内へ搬送した後、第２プロセスチャンバ１２内にＮ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをアッシングガスとして導入し、このアッシングガスをプラズマ化し、このプラズマによってマスク層２４のアッシングをそれぞれ行った。
【００２８】
比較例１
本比較例では同一第１プロセスチャンバ１１内で実施例１と同様のプロセス条件で３種類のウエハＷのエッチングとアッシングをそれぞれ行った。
【００２９】
実施例１と比較例１のマスク層２４のアッシング時のバリア層２２のエッチングレートを比較した結果、バリア層２２が窒化シリコンの場合には実施例１のエッチングレートが比較例１のエッチングレートの１／９であり、炭化シリコンの場合には１／１７であり、酸化シリコンの場合には１／６６であった。
【００３０】
上記実施形態では第１層がＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣによって形成されている場合について説明したが、第１層がポリシリコン、単結晶シリコン、ドープトシリコン、アモルファスシリコンによって形成されている場合にも本発明を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項９によれば、エッチングによる副生成物の影響を受けることなくアッシングを行うことができるマルチチャンバシステムを用いたプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適に用いられるマルチチャンバシステムの一例を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態で使用したウエハの要部を示す断面概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態で使用したウエハの要部を示す断面概略図である。
【符号の説明】
Ｗ　　ウエハ（被処理体）
１０　　マルチチャンバシステム
１１、１２、１３、１４　　プロセスチャンバ（処理容器）
１５　　トランスファチャンバ
１５Ａ　搬送アーム（搬送手段）
２２、３２　　バリア層（第１層）
２３、３２　　絶縁膜層（第２層）
２４、３３　　マスク層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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