(57)【要約】【課題】従来とは異なる発想に基づき、低誘電率材料などをプラズマ処理した場合にも無用な損傷を与えることなくアッシングなどのプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置及びアッシング方法を提供することを目的とする。【解決手段】大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、前記チャンバに接続された伝送管と、前記伝送管にガスを導入するガス導入機構と、前記伝送管の外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、を備え、前記伝送管内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、前記伝送管は、前記被処理体の主面に対して略垂直な前記チャンバの内壁に開口するように接続され、前記被処理体は、前記プラズマから眺めた直視線上に設けられていないことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。【選択図】  図１
2005064037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、
前記チャンバに接続された伝送管と、
前記伝送管にガスを導入するガス導入機構と、
前記伝送管の外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、
を備え、
前記伝送管内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、
前記伝送管は、前記被処理体の主面に対して略垂直な前記チャンバの内壁に開口するように接続され、
前記被処理体は、前記プラズマから眺めた直視線上に設けられていないことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記伝送管は、前記チャンバの前記内壁に対して略垂直に接続された場合と比較してその軸線が前記被処理体から遠ざかる方向に傾斜して前記チャンバの内壁に接続されてなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、
略Ｌ字状の接続管を介して前記チャンバに接続された伝送管と、
前記伝送管にガスを導入するガス導入機構と、
前記伝送管の外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、
を備え、
前記伝送管内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、
前記接続管は、前記被処理体の主面に略対向する前記チャンバの内壁に開口するように接続され、
前記接続管の内壁は、フッ素含有樹脂によりなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマから放出される光を遮断し、前記プラズマから放出される活性種を透過させる遮光体を、前記プラズマと前記被処理体との間に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、
前記チャンバの壁面の一部を占める透過窓と、
前記透過窓を介して前記チャンバの外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、
前記チャンバ内にガスを導入するガス導入機構と、
を備え、
前記チャンバ内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、
前記プラズマから放出される光を遮断し、前記プラズマから放出される活性種を透過させる遮光体を、前記プラズマと前記被処理体との間に備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記伝送管から供給されるガス流の前記被処理体の上における分布を調整する整流手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記チャンバの内壁及び前記伝送管の内壁の少なくともいずれかに、前記プラズマから放出される光を吸収する吸収体が設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
絶縁層の上にレジストが形成された被処理体の前記レジストを除去するアッシング方法であって、
水素と不活性ガスとを含むプラズマを形成し、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバ内に設置された前記被処理体に前記プラズマから放出される活性種を作用させ、且つ前記プラズマから放出される光が前記被処理体に実質的に照射されない状態において前記レジストを除去することを特徴とするアッシング方法。
【請求項９】
前記不活性ガスは、ヘリウムであることを特徴とする請求項８記載のアッシング方法。
【請求項１０】
前記絶縁層は、低誘電率材料からなることを特徴とする請求項８または９に記載のアッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置及びアッシング（ａｓｈｉｎｇ：灰化）方法に関し、特に、被処理体に与える損傷を抑制しつつ迅速なレジストの除去が可能なプラズマ処理装置及びアッシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用したアッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などのプラズマ処理は、半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置などに応用され、電子産業をはじめとした各種の産業分野において広く利用されている。
【０００３】
特に、プラズマを利用してレジストを灰化させる「アッシング処理」は、微細パターンを加工するエッチング時や、イオン注入（ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎａｔａｔｉｏｎ：以下「インプラ」という）時のマスク材として用いたレジストを除去分解するドライプロセスとして多用されている。
【０００４】
このようなアッシングに用いることができるプラズマ処理装置としては、いわゆる「ダウンフロー型」と「リモートプラズマ型」とが知られている。
「ダウンフロー型」のプラズマ処理装置の場合、プラズマを発生させる生成室と、被処理体が載置される反応室とが同一の真空チャンバ内に設けられている（例えば、特許文献１参照）。これに対して、「リモートプラズマ型」の場合は、プラズマを発生させる生成室と被処理体が載置される反応チャンバとが伝送管により接続され、プラズマと被処理体とが隔離された構造を有する（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００５】
図２０は、「ダウンフロー型」のアッシング装置の一例を表した模式図である。  この装置は、チャンバ１１０と、このチャンバ１１０の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓１１８と、透過窓１１８の外側に設けられたマイクロ波導波管１２０と、透過窓１１８の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１１６と、を有する。
【０００６】
このアッシング装置を用いて被処理物Ｗの表面にアッシング処理を施す際には、まず、真空排気系Ｅによって処理空間が減圧状態にされた後、処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管１２０からマイクロ波Ｍが導入される。マイクロ波Ｍは、透過窓１１８を介してチャンバ１１０内のガスにエネルギーを与え、処理ガスのプラズマＰが形成される。プラズマＰ中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子（ラジカル）などの励起活性種（プラズマ生成物）が生成される。これらプラズマ生成物は、矢印Ａで表したように処理空間内を拡散して被処理物Ｗの表面に飛来し、エッチングなどのプラズマ処理が行われる。
【０００７】
そして、特許文献１においては、このようなダウンフロー型のアッシング装置において、プラズマが生成される生成室と、被処理体Ｗが載置される反応室との間に、複数の孔が形成されたシャワーヘッド４００を設けることが記載されている。このシャワーヘッド４００の目的は、プラズマの活性粒子種を通過させ、イオンの通過を阻止することにある。
【０００８】
図２１は、特許文献２に開示されている「リモートプラズマ型」のプラズマ処理装置の要部を表す模式図である。すなわち、チャンバ１１０の上方にプラズマ伝送管１３０が接続され、その先端から処理ガスＧが供給される。また、プラズマ伝送管１３０にはマイクロ波の導波管１２０が接続され、マイクロ波Ｍが供給される。マイクロ波Ｍによりエネルギーを与えられて処理ガスＧのプラズマＰが形成され、プラズマＰに含まれるラジカルなど活性種Ａが伝送管１３０を介してチャンバ１１０の被処理体Ｗに供給されることにより、アッシングなどのプラズマ処理が行われる。
【０００９】
また、特許文献３には、プラズマＰのグロー放電から下流のチャンバ１１０までが直接的に視野に入ることを防ぐために伝送管１３０に直角の「曲げ」を加えたプラズマ発生装置が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−３１５２９２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８９３０５号公報
【特許文献３】
特表２００２−５４１６７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、半導体のさらなる高集積化を実現するための要素技術のひとつとして、「低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料」による絶縁膜が注目されている。これは、複数の配線層の間に設けられる層間絶縁膜や、絶縁ゲート型デバイスのゲート絶縁膜として用いられる材料であり、誘電率が低いために、寄生容量を低減できるという利点を有する。これら低誘電率材料としては、例えば、ポリイミドなどの有機材料や、多孔質の酸化シリコンなどを挙げることができる。
【００１２】
ところが、本発明者の独自の実験の結果、これら従来の装置を用いてプラズマ処理した場合に、被処理体に損傷が生じ、あるいはプラズマ処理の効率に改善の余地があることが判明した。すなわち、これら低誘電率材料の上にレジストマスクを形成して、低誘電率材料をパターニングし、しかる後にレジストマスクをアッシングすると、低誘電率材料もエッチングされ、誘電率や寄生容量が増加するという問題があることが判明した。
【００１３】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、従来とは異なる発想に基づき、低誘電率材料などをプラズマ処理した場合にも無用な損傷を与えることなくアッシングなどのプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置及びアッシング方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１のプラズマ処理装置は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、前記チャンバに接続された伝送管と、前記伝送管にガスを導入するガス導入機構と、前記伝送管の外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、を備え、
前記伝送管内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、前記伝送管は、前記被処理体の主面に対して略垂直な前記チャンバの内壁に開口するように接続され、前記被処理体は、前記プラズマから眺めた直視線上に設けられていないことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、リモートプラズマ型のプラズマ処理装置において、プラズマから放出される光による被処理体の損傷を防ぎつつ、確実なプラズマ処理を実施できる。
【００１６】
ここで、前記伝送管は、前記チャンバの前記内壁に対して略垂直に接続された場合と比較してその軸線が前記被処理体から遠ざかる方向に傾斜して前記チャンバの内壁に接続されてなるものとすれば、プラズマから放出される光をさらに確実に被処理体から遠ざけることができる。
【００１７】
また、本発明の第２のプラズマ処理装置は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、略Ｌ字状の接続管を介して前記チャンバに接続された伝送管と、前記伝送管にガスを導入するガス導入機構と、前記伝送管の外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、を備え、
前記伝送管内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、前記接続管は、前記被処理体の主面に略対向する前記チャンバの内壁に開口するように接続され、前記接続管の内壁は、フッ素含有樹脂によりなることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、リモートプラズマ型のプラズマ処理装置において、プラズマから放出される光による被処理体の損傷を防ぎつつ、確実なプラズマ処理を実施できる。
【００１９】
ここで、前記プラズマから放出される光を遮断し、前記プラズマから放出される活性種を透過させる遮光体を、前記プラズマと前記被処理体との間に備えたものとすれば、プラズマから放出される光をさらに確実に被処理体から遮断することができる。
【００２０】
また、本発明の第３のプラズマ処理装置は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、前記チャンバの壁面の一部を占める透過窓と、前記透過窓を介して前記チャンバの外側から内側にマイクロ波を導入するマイクロ波供給源と、前記チャンバ内にガスを導入するガス導入機構と、を備え、
前記チャンバ内において前記ガスのプラズマを形成し、前記チャンバ内に設置された被処理体のプラズマ処理を実施可能なプラズマ処理装置であって、前記プラズマから放出される光を遮断し、前記プラズマから放出される活性種を透過させる遮光体を、前記プラズマと前記被処理体との間に備えたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、ダウンフロー型のプラズマ処理装置において、プラズマから放出される光による被処理体の損傷を防ぎつつ、確実なプラズマ処理を実施できる。
【００２２】
ここで、前記伝送管から供給されるガス流の前記被処理体の上における分布を調整する整流手段をさらに備えたものとすれば、被処理体におけるプラズマ処理の均一性を改善することができる。
【００２３】
また、前記チャンバの内壁及び前記伝送管の内壁の少なくともいずれかに、前記プラズマから放出される光を吸収する吸収体が設けられたものとすれば、プラズマから放出される光をさらに確実に被処理体から遮断することができる。
【００２４】
一方、本発明のアッシング方法は、絶縁層の上にレジストが形成された被処理体の前記レジストを除去するアッシング方法であって、水素と不活性ガスとを含むプラズマを形成し、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバ内に設置された前記被処理体に前記プラズマから放出される活性種を作用させ、且つ前記プラズマから放出される光が前記被処理体に実質的に照射されない状態において前記レジストを除去することを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、プラズマから放出される光による被処理体の損傷を防ぎつつ、確実なアッシングを実施できる。
【００２６】
ここで、前記不活性ガスは、ヘリウムであるものとすれば、絶縁層の変質を防ぐことができる。
【００２７】
また、前記絶縁層は、低誘電率材料からなるものとすれば、絶縁層の膜厚の低下や変質を防ぎつつ、確実なアッシングが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置及びアッシング方法を説明するための概念図である。
【００３０】
すなわち、本具体例のプラズマ処理装置も「リモートプラズマ型」の装置であり、チャンバ１０と、このチャンバ１０の側面設けられた伝送管３０と、伝送管３０にマイクロ波Ｍを供給する導波管２０と、を有する。
【００３１】
チャンバ１０は、真空排気系Ｅにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、その中央付近には、半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１６が設けられている。
【００３２】
そして、本具体例においては、被処理体Ｗは、プラズマＰから眺めた直視線上に設けられていない。つまり、プラズマＰから放出された光Ｌが被処理体Ｗに照射されないように、各要素の配置関係が決定されている。すなわち、伝送管３０をチャンバ１０の側面に接続した場合、被処理体Ｗから伝送管３０までの高さＨと、チャンバ内壁からプラズマＰの生成箇所までの距離Ｄとを適宜設定することによって、プラズマＰから放出された光の被処理体Ｗへの照射を防ぐことができる。その結果として、プラズマＰの光による被処理体Ｗの損傷を防いで高効率のプラズマ処理を実施できる。
【００３３】
またさらに、本具体例によれば、プラズマＰにより生成されたラジカルなどの活性種の「失活」が少ないという点も有利である。すなわち、プラズマＰに含まれる活性種は、ガス流Ｇ１に沿って被処理体Ｗの表面に供給される。この際、伝送管３０に「曲げ」などが形成されていないため、活性種が管壁などに衝突して再結合により失活する可能性を低くすることができる。つまり、活性種の失活を最小限に抑えて、迅速なプラズマ処理が可能となる。
【００３４】
以下、本実施形態のプラズマ処理装置によるアッシングの実験結果について説明する。
【００３５】
図２は、本発明者が実施した実験を説明するための工程断面図である。すなわち、同図は、銅（Ｃｕ）の配線層を有する半導体装置の製造工程の一部を表した工程断面図である。
【００３６】
まず、同図（ａ）に表したように、半導体層２００の上に、銅からなる下部配線層２１０と層間絶縁層２２０を積層し、この上に、レジスト３００を所定のパターンに形成する。
【００３７】
次に、同図（ｂ）に表したように、レジスト３００をマスクとして、開口部の層間絶縁層２２０をエッチングし、ビア・ホール（ｖｉａ  ｈｏｌｅ）を形成する。
【００３８】
次に、同図（ｃ）に表したように、アッシングによりレジスト３００を除去し、同図（ｄ）に表したように、上部配線層２３０を形成することにより、多層配線構造が得られる。
【００３９】
さてここで、下部配線層２１０と上部配線層２３０との間の寄生容量を低減するためには、層間絶縁層２２０の誘電率を下げることが重要である。このためには、「低誘電率材料」を用いる必要がある。ところが、この場合、従来のアッシング装置を用いると、図２（ｃ）に表したレジスト３００のアッシング工程において、下地の層間絶縁層２２０のエッチングや変質が生ずる場合があった。
【００４０】
これに対して、本実施形態においては、図１に例示した如く、プラズマＰからの光の照射を防ぎ、且つ独特なエッチングガスを用いることにより、低誘電率材料からなる層間絶縁層２２０のエッチングや変質を防ぎつつ、レジスト３００の迅速なアッシングが可能となる。
【００４１】
本発明者は、アッシングと同様の条件でプラズマＰを形成し、レジスト３００を被覆せずに、低誘電率材料からなる絶縁層をチャンバに配置してそのエッチングや変質について調べた。低誘電率材料としては、下記の構造式を有する  多孔質のＳｉ−Ｏ−Ｃ−Ｈ系の化合物を用いた。
【００４２】
【化１】
2005064037.tif 000003
また、比較例として、図２１に表したように、プラズマＰからの光が被処理体Ｗに直接的に照射されるリモートプラズマ型のプラズマ処理装置を用いた実験も実施した。アッシングの条件は、以下の通りである。
【００４３】
【表１】
2005064037.tif 000004
すなわち、サンプル１乃至３は、アッシングガスとしてＨ２（水素）を用い、サンプル４は、アッシングガスとしてＮ２（窒素）を用い、サンプル５は、アッシングガスとしてＯ２（酸素）を用いた。また、サンプル１、２、４、５は、不活性キャリアガスとしてＨｅ（ヘリウム）を用い、サンプル３は、Ａｒ（アルゴン）を用いた。
【００４４】
そして、サンプル２は、図２１に表したようにプラズマＰからの光が被処理体Ｗに直接的に照射されるアッシング装置によりプラズマ処理を実施し、それ以外のサンプルは、図１に表したように、プラズマＰからの光が被処理体Ｗに照射されないプラズマ処理装置によりプラズマ処理を実施した。また、各サンプルの処理時間は、いずれも厚みが５００ナノメータのレジストをアッシングにより除去できる時間とした。
【００４５】
このようにしてプラズマ処理を施した各サンプルのエッチング量を測定した。またさらに、プラズマ処理後の層間絶縁層の表面を分光エリプソメトリにより評価し、変質層の厚みを測定した。
【００４６】
図３は、一連のサンプルの実験結果をまとめたグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、サンプル番号を表し、「０」はプラズマ処理を施さない層間絶縁層の厚みを表す。また、同図の縦軸は、各サンプルについて、プラズマ処理後の厚みＡと、その表面に形成された変質層の厚みＢと、エッチングされた厚みＣとを表す。
【００４７】
サンプル１とサンプル２とを比較すると、比較例のプラズマ処理装置を用いた場合（サンプル２）には、層間絶縁層のエッチング量は初期の膜厚の約１８パーセント近くに及んでいるが、本発明のプラズマ処理装置を用いた場合（サンプル１）には、エッチング量は数パーセント以下に抑えられていることが分かる。図２に表した断面構造からも分かるように、層間絶縁層２２０が薄くなると、上下電極間の寄生容量が増大するという問題が生ずる。これに対して、本発明のプラズマ処理装置を用いた場合には、層間絶縁層２２０の厚みの低下、すなわち寄生容量の増大を微小に抑えることができる。
このように、従来のアッシング装置において低誘電率材料の層間絶縁層がエッチングされる理由は、プラズマＰから放出される光により低誘電率材料の分解が促進されるからであると推測される。
【００４８】
図４及び図５は、それぞれＨ２（水素）とＨｅ（ヘリウム）の発光スペクトルを表すグラフ図である。これらの図から分かるように、Ｈ２やＨｅのプラズマＰからは、波長が１００ナノメータ前後あるいはそれ以下の紫外線（ＵＶ光）が放出されている。このような紫外線は、低誘電率材料すなわち有機材料や、炭素などがドープされた多孔質の酸化シリコンなどの元素間結合を分断する作用を有することが推測される。従って、このような紫外線が低誘電率材料に照射されると、構成元素間の結合が不安定化され、水素（Ｈ）ラジカルの存在によってマトリクスからの乖離が促進されるものと考えられる。
【００４９】
これに対して、本発明によれば、図１に例示した如く、プラズマＰからの光が被処理体Ｗに照射されないような配置関係が実現されている。その結果として、紫外線などの光の照射による絶縁層のエッチングが抑制され、膜厚の低下を防ぐことができる。
【００５０】
次に、再び図３に戻って、ガス種の影響について説明する。サンプル１とサンプル３とを比較すると、いずれも低誘電率材料のエッチング量は数パーセント以下であるが、不活性キャリアガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いた場合（サンプル３）には、表面の変質層の厚みＢがやや増加する傾向が認められる。また、目視による観察でも、サンプル１の表面に変化は認められなかったのに対して、サンプル３の表面は、褐色に変色していることが認められた。このような変質層の形成によって誘電率は増加する傾向があるため、不活性キャリアガスとしては、アルゴンよりもヘリウムが望ましいといえる。
【００５１】
一方、サンプル１と、サンプル４およびサンプル５とを比較すると、アッシングガスとしてＮ２（窒素）を用いた場合（サンプル４）には、低誘電率材料のエッチング量はおよそ５パーセントであり、Ｏ２（酸素）を用いた場合（サンプル５）には、エッチング量はおよそ２０パーセントにも達することが分かる。このような膜厚の低下は、寄生容量の増大を引き起こす。つまり、アッシングガスとしてはＮ２（窒素）やＯ２（酸素）よりもＨ２（水素）を用いることが望ましい。
【００５２】
図６及び図７は、それぞれＮ２とＯ２の発光スペクトルを表すグラフ図である。これらのグラフを図４と比較すれば分かるように、アッシングガスであるＨ２よりもＮ２やＯ２のほうが紫外線の波長領域の発光スペクトル線の数と強度が大きく、発光強度が高い。従って、プラズマＰからの光が完全に遮蔽されていない場合には、紫外線による低誘電率材料のエッチング促進効果が生ずるおそれが高くなる。
【００５３】
図８は、Ａｒ（アルゴン）の発光スペクトルを表すグラフ図である。図５と比較すると、Ｈｅ（ヘリウム）よりもＡｒのほうが紫外線の波長領域における発光が多いことが分かる。従って、この場合も、プラズマＰからの光が完全に遮蔽されていない場合には、紫外線による低誘電率材料のエッチング促進効果が生ずるおそれが高くなる。従って、プラズマＰからの光が完全に遮蔽されていない場合には、紫外線による低誘電率材料のエッチング促進効果が生ずるおそれが高くなる。
【００５４】
以上、本実施形態のプラズマ処理装置及びアッシング方法についてまとめると、まず、被処理体Ｗに対してプラズマＰからの光が照射されないような配置関係のプラズマ処理装置を用いることが望ましい。このための具体的な構成は、図１に例示したものの他、後に種々の具体例をあげてさらに詳細に説明する。
【００５５】
一方、アッシングガスについては、Ｎ２やＯ２よりもＨ２を用いることが望ましい。また、不活性キャリアガスとしては、Ａｒを用いるよりもＨｅを用いることが望ましい。
【００５６】
なお、本発明は、上述した特定の低誘電率材料のみならず、その他各種の低誘電率材料に用いて同様の作用効果を得ることができる。本発明を適用可能な低誘電率材料は、特に半導体集積回路においてゲート絶縁膜または層間絶縁膜として用いられるものであり、その誘電率が３．５以下のものである。その代表例を挙げると、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、パリレン、炭化フッ素、炭素を含有した酸化シリコン、及びこれらの多孔質体などである。
【００５７】
また、アッシングできるレジストは、例えば半導体製造工程において多用されるｇ線、ｉ線、波長１５７ナノメータ、波長１９３ナノメータなどの露光光源に対応する感度を有するものであり、例えば、ノボラック、ポリビニルフェノール、アクリレート、環状オレフィンなどを含むものなどを挙げることができる。
【００５８】
低誘電率材料についても、レジストについても、上記した具体例には限定されず、当業者が適宜選択して用いることができる全てのものを適用することが可能である。
【００５９】
以下、本発明のプラズマ処理装置の変形例について説明する。
図９は、本発明のプラズマ処理装置の第２の具体例を表す模式図である。同図については、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、ステージ１６の周囲に整流体５０が設けられている。整流体５０は、処理ガスＧの流れを調整する作用を有する。すなわち、プラズマＰからの発光が被処理体Ｗに照射されることを防ぐために伝送管３０をチャンバ１０の側面に接続した場合、真空排気手段Ｅに向けて流れるガスの流れが被処理体Ｗから見たときに非対称となる。このために、被処理体Ｗにおいてアッシングやエッチングなどのプラズマ処理の速度が平面内で分布を有し、不均一となるおそれがある。これに対して、本具体例においては、ステージ１６の周囲に整流体５０を設け、被処理体Ｗの表面における不均一を補正することが可能となる。具体的には、例えば、整流体５０に開口５０ａ、５０ｂを設け、伝送管３０から遠い側の開口５０ａを、伝送管３０に近い側の開口５０ｂよりも大きくなるようにすると、被処理体Ｗの表面において、伝送管３０から遠い側に到達するガス流Ｇ１を近い側のガス流Ｇ２よりも増加させ、均一なプラズマ処理を実施することが可能となる。
【００６０】
つまり、本具体例によれば、プラズマＰからの発光Ｌが被処理体Ｗに照射されることを防ぎつつ、同時に被処理体Ｗに対するガス流の分布を積極的に調節してプラズマ処理の均一性を高めることが可能となる。
【００６１】
なお、本発明において、プラズマ処理の均一性を向上させるために設ける整流体５０の構造は、図９に表したものに限定されず、例えば、ガス流に対するコンダクタンスを調整するものであれば、その他の種々の構造を用いることができる。
【００６２】
図１０は、本発明のプラズマ処理装置の第３の具体例を表す模式図である。同図についても、図１乃至図９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、チャンバ１０の内壁に、プラズマＰからの光Ｌを吸収する吸収体６０が設けられている。このような吸収体６０を設けることにより、プラズマＰからの光Ｌがチャンバ１０の内壁で吸収されるので、被処理体Ｗに照射されること防ぐことができる。その結果として、プラズマＰからの光Ｌによる影響をさらに確実に抑止することができる。
【００６３】
吸収体６０の材質や構造は、プラズマＰからの光Ｌの波長に応じて適宜決定することができる。例えば、プラズマＰからの光Ｌが紫外線の場合、これを吸収する各種の無機材料、金属材料、有機材料あるいはこれらの複合材料を用いることができる。または、屈折率が異なる２種類の薄膜を交互に積層させた波長選択フィルタなどを用いることもできる。
【００６４】
またこのような吸収体６０は、図１１に例示した如く伝送管３０の内壁にも設けてもよい。このようにすれば、伝送管３０の内壁における光Ｌの反射を防ぎ、被処理体Ｗに対する光Ｌの照射をさらに確実に遮断することができる。
【００６５】
図１２は、本発明のプラズマ処理装置の第５の具体例を表す模式図である。同図についても、図１乃至図１１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、伝送管３０がチャンバ１０の側面に対して、傾斜して接続されている。すなわち、伝送管３０は、その中心軸が被処理体Ｗから遠ざかる方向に傾斜して接続されている。このようにすれば、プラズマＰからの光Ｌを被処理体Ｗから遠ざけることより、被処理体Ｗが照射されることをさらに確実に防ぐことができる。
【００６６】
また、このように伝送管３０を傾斜させてチャンバ１０に接続しても、プラズマＰから供給されるラジカルなどの活性種は、ガス流Ｇ１に沿って被処理体Ｗに円滑に供給される。つまり、伝送管３０に「曲げ」などを設けていないので、活性種が管壁に衝突して失活することを防ぐことができる。その結果として、光Ｌによる影響を抑制しつつ、迅速で効率のよいアッシングなどのプラズマ処理を実行できる。
【００６７】
プラズマＰの光Ｌを遮蔽する効果は、図１３に例示した如く、伝送管３０の傾斜を大きくするほど高くなる。すなわち、図１３に表したように伝送管３０をさらに大きく傾斜させてチャンバ１０に接続すれば、プラズマＰからの光Ｌをさらに被処理体Ｗから遠ざけることができる。また、このような場合でも、伝送管３０に「曲げ」などが形成されていないため、ラジカルなどの活性種はガス流Ｇ１に沿って失活することなく被処理体Ｗの表面に供給される。
【００６８】
図１４は、本発明のプラズマ処理装置の第７の具体例を表す模式図である。同図についても、図１乃至図１３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、伝送管３０の開口端付近に、遮光体７０が設けられている。遮光体７０は、プラズマＰから放出される光Ｌを遮断し、ラジカルなどの活性種は透過させる作用を有する。このような遮光体７０を設けることにより、光Ｌの照射による被処理体Ｗの損傷を防ぐことができる。
【００６９】
図１５は、遮光体７０の具体例を表す模式断面図である。
本具体例の遮光体７０Ａは、ブラインドの如く、複数の板状体がルーバー（ｌｏｕｖｅｒ）状に配置されている。プラズマＰからの光Ｌは、これら板状体に遮られ、被処理体Ｗに到達しない。一方、プラズマＰから放出された活性種は、ガス流Ｇ１に沿って板状体の間隙を流れ、被処理体Ｗの表面に供給される。
【００７０】
ここで、活性種の一部は、板状体に衝突することが考えられるので、板状体を活性種の再結合が生じにくい材料により形成するとよい。例えば、ラジカルの再結合率について説明すると、ステンレスなどの金属の場合に概ね０．１〜０．２程度、アルミナや石英の場合に概ね０．００１〜０．０１程度、テフロン（登録商標）の場合に概ね０．０００１程度である。従って、これらのうちではテフロン（登録商標）を用いると、ラジカルの失活を最も効果的に阻止できる。
【００７１】
また一方、光Ｌをさらに効率的に遮断するためには、遮光体７０を構成する板状体あるいはその表面を図１０及び図１１に関して前述した吸収体６０により形成するよい。
【００７２】
図１６は、板状体を複合材により形成した具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例の遮光体７０Ｂを構成する板状体は、その一方の面が第１の層７０Ｂａにより形成され、他方の面は第２の層７０Ｂｂにより形成されている。第１の層７０Ｂａは、ガス流Ｇ１の入射側に配置され、ラジカルの失活を抑制する材料からなる。一方、第２の層７０Ｂｂは、その裏側に配置され、光Ｌを吸収する材料からなる。このようにすれば、矢印Ｌ１で例示したように板状体により反射された光Ｌを第２の層７０Ｂｂにより確実に吸収し、被処理体Ｗから遮断することができる。また同時に、ガス流Ｇ１に沿って板状体の表面７０Ｂａに衝突する活性種の失活を防ぐこともできる。
【００７３】
なお、本具体例とは逆に、ガス流Ｇ１の入射側に光Ｌの吸収層を設け、その上側に活性種の失活を防ぐ層を設けてもよい。
【００７４】
図１７は、遮光体７０の具体例を表す模式断面図である。
本具体例の遮光体７０Ｃは、開口が設けられた複数の邪魔板を有するバッフル（ｂａｆｆｌｅ）状の構造体である。それぞれの邪魔板の開口は、互いに重ならないように形成されている。このような遮光体７０Ｃにおいても、プラズマＰからの光Ｌは、これら邪魔板に遮られ、被処理体Ｗに到達しない。一方、プラズマＰから放出された活性種は、ガス流Ｇ１に沿って開口を流れ、被処理体Ｗの表面に供給される。
【００７５】
なお、本具体例においても、図１６に例示した如く、邪魔板の一方の面をラジカルの失活を抑制する層により形成し、他方の面を光Ｌを吸収する層により形成してもよい。このようにすれば、光Ｌをより確実に吸収し、また同時に、活性種の失活を防ぐこともできる。
【００７６】
図１８は、本発明のプラズマ処理装置の第８の具体例を表す模式図である。同図についても、図１乃至図１７に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、チャンバ１０の上面に略Ｌ字状に屈曲した接続管３０Ｌを介して伝送管３０が接続されている。プラズマＰから放出された活性種は、この伝送管３０及び接続管３０Ｌを介して被処理体Ｗの直上に供給される。そして、略直角に屈曲した接続管３０Ｌを設けることにより、プラズマＰから放出される光Ｌを遮蔽して、被処理体Ｗを保護することができる。ただし、この構造の場合、略Ｌ字状の接続管３０Ｌの管壁に活性種が衝突する割合が高く、失活による損失が大きい。そこで、接続管３０Ｌを活性種の再結合が生じにくい材料により形成する。具体的には、テフロン（登録商標）などのフッ素含有樹脂により形成する。このようにすれば、光Ｌを遮断し、また同時に、活性種の失活を防ぐこともできる。
【００７７】
なお、本具体例においても、図９に関して前述したような整流体５０を設けてもよく、図１０及び図１１に関して前述したように光Ｌの吸収体６０を設けてもよく、また、図１４乃至図１７に関して前述したように、遮光体７０を設けてもよい。
【００７８】
図１９は、本発明のプラズマ処理装置の第９の具体例を表す模式図である。同図についても、図１乃至図１８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例は、「ダウンフロー型」のプラズマ処理装置である。この装置は、チャンバ１０と、このチャンバ１０の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓１８と、透過窓１８の外側に設けられたマイクロ波導波管２０と、透過窓１８の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１６と、を有する。
【００７９】
チャンバ１０は、真空排気系Ｅにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管（図示せず）が適宜設けられている。
【００８０】
たとえば、このプラズマ処理装置を用いて被処理物Ｗの表面にエッチング処理を施す際には、まず、被処理物Ｗが、その表面を上方に向けた状態でステージ１６の上に載置される。次いで、真空排気系Ｅによって処理空間が減圧状態にされた後、この処理空間に、処理ガスとしてのエッチングガスが導入される。その後、処理空間に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管２０からスロットアンテナ２０Ｓにマイクロ波Ｍが導入される。
【００８１】
マイクロ波Ｍは、スロットアンテナ２０Ｓから透過窓１８に向けて放射される。透過窓１８は石英やアルミナなどの誘電体からなり、マイクロ波Ｍは、透過窓１８の表面を伝搬して、チャンバ１０内の処理空間に放射される。このようにして処理空間に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、処理ガスのプラズマが形成される。こうして発生したプラズマ中の電子密度が透過窓１８を透過して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波は透過窓１８の下面からチャンバ内の処理空間に向けて一定距離（スキンデプス）ｄだけ入るまでの間に反射され、このマイクロ波の反射面とスロットアンテナ２０Ｓの下面との間にはマイクロ波の定在波が形成される。
【００８２】
すると、マイクロ波の反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定なプラズマＰが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定なプラズマＰ中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子（ラジカル）などの励起活性種（プラズマ生成物）が生成される。これらプラズマ生成物は、矢印Ａで表したように処理空間内を拡散して被処理物Ｗの表面に飛来し、エッチングなどのプラズマ処理が行われる。
【００８３】
そして、本具体例においては、プラズマＰと被処理体Ｗとの間に遮光体７０が設けられている。遮光体７０は、図１４乃至図１７に関して前述したように、例えばルーバー状やバッフル状などに形成され、プラズマＰから放出される光Ｌを遮断しつつ、ラジカルなどの活性種を透過させる。このような遮光体７０を設けることにより、ダウンフロー型のプラズマ処理装置においても、プラズマＰからの光Ｌによる被処理体Ｗの損傷を防ぎつつ、高い効率のプラズマ処理を実施することが可能となる。
【００８４】
なお、本具体例においても、図９に関して前述したような整流体５０を設けてもよく、図１０及び図１１に関して前述したように光Ｌの吸収体６０を設けてもよい。
【００８５】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００８６】
例えば、本発明のアッシング方法において用いる低誘電率材料やレジストの種類や、プラズマ処理装置を構成する各要素及びその配置関係などについては、本発明の趣旨に基づいて当業者が適宜変形したのも本発明の範囲に包含される。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマから放出される光による被処理体の損傷を防ぎつつ、迅速且つ確実なプラズマ処理を実施することが可能となる。その結果として、例えば、低誘電率材料を用いた多層配線構造や絶縁ゲート型デバイスなどを安定して製造することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置及びアッシング方法を説明するための概念図である。
【図２】本発明者が実施した実験を説明するための工程断面図である。
【図３】一連のサンプルの実験結果をまとめたグラフ図である。
【図４】Ｈ２（水素）の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図５】Ｈｅ（ヘリウム）の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図６】Ｎ２の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図７】Ｏ２の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図８】Ａｒ（アルゴン）の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図９】本発明のプラズマ処理装置の第２の具体例を表す模式図である。
【図１０】本発明のプラズマ処理装置の第３の具体例を表す模式図である。
【図１１】伝送管３０の内壁にも吸収体を設けた具体例を表す模式図である。
【図１２】本発明のプラズマ処理装置の第５の具体例を表す模式図である。
【図１３】伝送管３０の傾斜を大きくした具体例を表す模式図である。
【図１４】本発明のプラズマ処理装置の第７の具体例を表す模式図である。
【図１５】遮光体７０の具体例を表す模式断面図である。
【図１６】板状体を複合材により形成した具体例を表す模式断面図である。
【図１７】遮光体７０の具体例を表す模式断面図である。
【図１８】本発明のプラズマ処理装置の第８の具体例を表す模式図である。
【図１９】本発明のプラズマ処理装置の第９の具体例を表す模式図である。
【図２０】「ダウンフロー型」のアッシング装置の一例を表した模式図である。
【図２１】「リモートプラズマ型」のプラズマ処理装置の要部を表す模式図である。
【符号の説明】
１０  チャンバ
１６  ステージ
１８  透過窓
２０  導波管
２０Ｓ  スロットアンテナ
３０  伝送管
３０Ｌ  接続管
５０  整流体
５０ａ、  ５０ｂ  開口
６０  吸収体
７０、７０Ａ〜７０Ｃ  遮光体
１１０  チャンバ
１１６  ステージ
１１８  透過窓
１２０  マイクロ波導波管
１３０  プラズマ伝送管
２００  半導体層
２１０  下部配線層
２２０  層間絶縁層
２３０  上部配線層
３００  レジスト
４００  シャワーヘッド
Ｌ  光
Ｍ  マイクロ波
Ｐ  プラズマ
Ｗ  被処理体
【図１】
2005064037.tif 000005
【図２】
2005064037.tif 000006
【図３】
2005064037.tif 000007
【図４】
2005064037.tif 000008
【図５】
2005064037.tif 000009
【図６】
2005064037.tif 000010
【図７】
2005064037.tif 000011
【図８】
2005064037.tif 000012
【図９】
2005064037.tif 000013
【図１０】
2005064037.tif 000014
【図１１】
2005064037.tif 000015
【図１２】
2005064037.tif 000016
【図１３】
2005064037.tif 000017
【図１４】
2005064037.tif 000018
【図１５】
2005064037.tif 000019
【図１６】
2005064037.tif 000020
【図１７】
2005064037.tif 000021
【図１８】
2005064037.tif 000022
【図１９】
2005064037.tif 000023
【図２０】
2005064037.tif 000024
【図２１】
2005064037.tif 000025