(57)【要約】【課題】表面に傷などを付けることなく、より平坦な状態が得られるようにする。【解決手段】層間絶縁層２０３の表面の凹凸の凹部を供給した液体２１０で被覆し、プラズマの作用から保護されるようにする。この状態で、液体２１０の液面より吐出している層間絶縁層２０３の凸部にプラズマを作用させ、凸部を選択的にエッチング除去し、層間絶縁層２０３の表面を平坦化する。【選択図】  図２
2005072346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の基板の表面に液体を気化したミストを供給し、
前記基板の表面の凹凸の凹部に前記ミストが液相状になった物質を溜め、
溜まった前記物質の液面より前記凹凸の凸部の上部を突出した状態とし、
前記液面より突出した前記凸部の上部にプラズマを作用させ、
前記液面より突出した凸部の上部を選択的にエッチングする
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
処理容器内でプラズマを発生させて発生させたプラズマの作用により所定の処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に配置される処理対象の基板上に液体を気化したミストを供給して供給したミストが液相状になった物質の液面より上に前記基板の表面の凸部を露出させる液体供給手段
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
大気圧プラズマ生成部を備え、
前記プラズマは前記大気圧プラズマ生成部より供給される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処置装置において、
前記大気プラズマ生成部は、マイクロ波を供給することでプラズマを生成する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項３記載のプラズマ処置装置において、
前記大気プラズマ生成部は、誘電体バリア放電によりプラズマを生成する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いた処理により基板の表面の凹凸を平坦化するプラズマ処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
より高集積化されたＬＳＩを実現するためには、例えば多層配線の技術が不可欠であり、これを実現するためには、平坦化の技術が重要となる。フォトリソグラフィ技術によりサブミクロンオーダの配線パターンを形成する場合、露光おける焦点位置により、配線の寸法などが大きく変化する。このため、配線のパターンを形成するときには、平坦な状態の下層が要求される。
【０００３】
平坦な状態を得るために、これまでに多くの技術が提案されているが、このなかでも現在では、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）が多く利用されている（特許文献１参照）。ＣＭＰによる平坦化では、研磨布を貼り付けた定盤を回転させ、研磨布の上に研磨材を含むスラリーを供給した状態で、回転している研磨布に回転させた研磨対象を押し付け、研磨対象の研磨面を研削研磨する。ＣＭＰで用いられる研磨材は、研磨対象によって適宜選択し、例えば、シリコンやこの酸化物が研磨対象の場合、シリカやジルコニア（ＺｒＯ2）が用いられる。また、金属が研磨対象の場合、研磨材として、アルミナや二酸化マンガンなどが用いられている。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平１０−３１５１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＣＭＰ法では、まず、削り屑により研磨対象の表面に傷を付けてしまう問題がある。研磨布には、微細な複数の穴が存在し、これらに砥粒を保持する機能を有しているが、ここに削り屑も保持される。研磨布に保持される削り屑が適当に処理されないと、これらで大きな砥粒を形成し、これにより研磨対象に傷を付ける場合がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、表面に傷などを付けることなく、より平坦な状態が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るプラズマ処理方法は、処理対象の基板の表面に液体を気化したミストを供給し、基板の表面の凹凸の凹部にミストが液相状になった物質を溜め、溜まった物質の液面より凹凸の凸部の上部を突出した状態とし、液面より突出した凸部の上部にプラズマを作用させ、液面より突出した凸部の上部を選択的にエッチングするようにしたものである。
この処理方法によれば、凹部が液体により保護されてエッチングされず、凸部が選択席にエッチングされ、凸部と凹部との段差が低減する。
【０００７】
本発明に係るプラズマ処理装置は、処理容器内でプラズマを発生させて発生させたプラズマの作用により所定の処理を行うプラズマ処理装置において、処理容器内に配置される処理対象の基板上に液体を気化したミストを供給して供給したミストが液相状になった物質の液面より上に基板の表面の凸部を露出させる液体供給手段を備えたものである。液体供給手段は、例えば、液体を気化したガスを供給する。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明では、表面の凹凸の凹部を供給した液体で被覆し、プラズマの作用から保護されるようにし、液面より突出している凸部を選択的にプラズマによりエッチングするようにした。この結果、本発明によれば、表面に傷などを付けることなく、より平坦な状態が得られるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理方法を実現するためのプラズマ処理装置の概略的な構成を示す構成図である。図１は、プラズマ処理装置の断面を模式的に示している。
このプラズマ処理装置は、まず、密閉可能な処理室１０１の内部に、処理対象の基板Ｗが載置される下部電極１０２，下部電極１０２に対向配置される上部電極１０３を備えている。
【００１０】
下部電極１０２，上部電極１０３は、各々処理室１０１の内部で絶縁分離された状態で固定されている。また、下部電極１０２は、回転機構１０８により回転可能とされている。回転機構１０８により下部電極１０２上に載置される基板Ｗを回転させることで、より均一に基板Ｗに対してプラズマを作用させることが可能となる。
【００１１】
処理室１０１の内部は、排気口１０４に連通する図示しない排気装置により減圧可能とされている。また、処理室１０１の内部には、ガス導入口１０５により所定のエッチングガスやキャリアガスが導入可能とされている。ガス導入口１０５は、加熱されていてもよい。液体が水の場合、ガス供給口１０５を８０〜１００℃程度に加熱しておけばよい。これらのガス供給配管には、マスフローコントローラやバルブなどが設けられ、各供給ガスの流量が制御可能とされている。
【００１２】
また、ガス導入口１０５に連通するキャリアガスの供給配管には、液体供給部１２０が設けられ、液供給部１２０には例えば水が収容されている。液体供給部１２０は、例えばバブリング手段である。従って、図１に示すプラズマ処理装置によれば、処理室１０１の内部に、上記液体の蒸気を供給可能としている。
【００１３】
また、上部電極１０３と下部電極１０２との間には、高周波電源１０６より高周波電力が供給可能とされている。高周波電源１０６より出力される高周波電力は、整合器１０７を介して下部電極１０２に供給される。また、上部電極１０３は、接地電位に接続されている。
【００１４】
図１に示したプラズマ処理装置の動作例について説明すると、まず、排気口１０４に連通する図示しない排気装置により処理室１０１内を所定の圧力に排気し、また、ガス導入口１０５より所定のエッチングガス及びキャリアガスを導入し、処理室１０１内を所定の圧力とする。この状態で、高周波電源１０６より整合器１０７を介し、下部電極１０２に高周波電力（１３．５６〜１００ＭＨｚ）を供給することで、処理室１０１内に上記ガスによるプラズマを生成する。
【００１５】
ここで、キャリアガスには、液体供給部１２０により水蒸気が含まれている。従って、下部電極１０２の上に固定されている処理対象の基板Ｗの上には、水蒸気も供給されている。従って、例えば、下部電極１０２を図示しない温度制御機構により周囲温度より低温としておくことで、基板Ｗに接触する水蒸気を液化させ、基板Ｗの上に液相状の物質（液体）を供給することが可能となる。このように、下部電極１０２に温度制御機構を備えることで、供給される液体となる物質の状態を制御できる。また、基板Ｗの上に供給される液体の量は、蒸気温度制御機構による温度や、処理室１０１の圧力などによっても制御可能である。
【００１６】
次に、上述したプラズマ処理装置を用いた、本実施の形態のプラズマ処理方法について説明する。
ここでは、図２（ａ）に示すように、シリコンなどの半導体基板２０１の上に、複数の配線パターン２０２が形成され、この上にシリコンの酸化物からなる層間絶縁層２０３が形成され、層間絶縁層２０３の表面に下層の配線パターン２０２による凹凸が存在し、この凹凸を平坦化する例について説明する。
【００１７】
まず、図２（ａ）に示すような半導体基板２０１を、例えば図１に示したプラズマ処理装置の下部電極１０２の上に固定する。この状態で、処理室１０１内を所定の圧力に排気し、また、ガス導入口１０５より所定のエッチングガス及びキャリアガスを導入し、処理室１０１内を所定の圧力とする。
【００１８】
次に、下部電極１０２を図示しない温度制御機構により周囲温度より低温とし、図２（ｂ）に示すように、半導体基板２０１の層間絶縁層２０３の上に、液体（液相状の物質）２１０が供給された状態とする。ここで、蒸気温度制御機構による温度制御及び、処理室内の圧力を適宜制御することで、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁層２０３の表面の凸部が、液体２１０の液面より上に突出した状態とする。この状態は、例えば、層間絶縁層２０３の表面に照射した光の散乱状態により確認可能である。
【００１９】
次に、高周波電源１０６より整合器１０７を介し、下部電極１０２に高周波電力（１３．５６〜１００ＭＨｚ）を供給することで、処理室１０１内に上記ガスによるプラズマを生成する。次いで、液体２１０の液面上に露出している層間絶縁層２０３の凸部に、生成したプラズマを作用させ、図２（ｃ）に示すように、液体２１０の液面上に露出している層間絶縁層２０３の凸部を、選択的にエッチング除去する。このことにより、層間絶縁層２０３の表面段差は、低減する。
【００２０】
引き続き、例えば、図示しない温度制御機構による温度制御を変更して下部電極１０２と周囲との温度差を小さくするなどにより、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁層２０３の表面に供給される液体２１０の量を減少させる。この結果、層間絶縁層２０３の表面の凹部に溜まる液体２１０の液面が低下し、液面上に露出する領域が拡大する。このとき、層間絶縁層２０３の上部雰囲気では、プラズマが生成されているので、生成されているプラズマにより、拡大した露出領域が選択的にエッチングされ、図２（ｅ）に示すように、より平坦化される。
【００２１】
層間絶縁層２０３の表面の平坦度を、前述したような散乱光により確認し、適宜、液体２１０の供給量を制御（減少）し、徐々に液面上に露出する領域を拡大させていくことで、最終的に層間絶縁層２０３の上面は、平坦化する。
プラズマは、供給する液体の量を減少させ続けている間、生成し続けても良く、また、液体の供給量を可変するタイミングに合わせて、間欠的に生成するようにしてもよい。
【００２２】
なお、上述では、シリコンの酸化物からなる層間絶縁層の表面を平坦化する例を示したが、これに限るものではなく、他の材料からなる層や膜の表面であっても、本発明による平坦化は可能である。例えば、シリコンなどの半導体材料や、ＧａＡｓなどの化合物半導体などの基板や膜の表面の平坦化であっても、本発明は適用可能である。金属や、酸化物窒化物の膜の表面の平坦化であっても、本発明は適用可能である。
【００２３】
また、述した液体としては、水などの他に、アンモニア水や水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ性の液体であっても良く、塩酸や硫酸などの酸性の液体であってもよい。また、アルコールなどの有機物質の液体であってもよい。また、単独の物質からなる液体であっても良く、複数の液体の混合体であってもよい。
【００２４】
また、プラズマ処理装置は、大気圧状態でプラズマが生成できる大気圧プラズマ生成部を備えた大気圧プラズマ装置を用いることで、より効果的に平坦化をすることが可能となる。上記大気圧プラズマ生成部は、例えば２．５４ＧＨｚのマイクロ波を供給することでプラズマを生成するものであっても良く、また、誘電体バリア放電によりプラズマを生成巣ものであってもよい。誘電体バリア放電によりプラズマを生成する場合、４００ＫＨｚ程度の高周波を用いたパルスプラズマを生成するように捨て場よい。また、誘電体バリア放電によりプラズマを生成するときにも、マイクロ波を用いるようにしてもよい。
また、プラズマを生成するためのガスは、アルゴンやキセノンなどの不活性ガスであっても良く、また、フッ化炭素系のガスであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明におけるプラズマ処理装置の構成例を示す構成図である。
【図２】保温発明のプラズマ処理方法の例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０１…処理室、１０２…下部電極、１０３…上部電極、１０４…排気口、１０５…ガス導入口、１０６…高周波電源、１０７…整合器、１０８…回転機構、１２０…液体供給部、２０１…半導体基板、２０２…配線パターン、２０３…層間絶縁層、２１０…液体。
【図１】
2005072346.tif 000003
【図２】
2005072346.tif 000004