(57)【要約】【課題】近接場光を利用して被処理物の表面を短時間で、かつ容易に処理できる処理装置を提供すること。【解決手段】表面に金属製のパターン５７を備えたシリコン酸化膜５２の上記表面を処理する処理装置において、上記シリコン酸化膜５２を収容する真空チャンバ１と、上記真空チャンバ１内にガスを導入するガス導入口３と、上記真空チャンバ１内に設けられ、上記ガス導入口３から導入したガスを用いて上記シリコン酸化膜５２の表面を処理するプラズマ処理装置１１と、上記シリコン酸化膜５２に向けて光を照射し、上記パターン５７のパターン底５８に近接場光を発生させて上記シリコン酸化膜５２を光処理するランプ１０とを具備する。【選択図】      図１
2005294541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面を処理する処理装置において、
上記被処理物を収容するチャンバと、
上記チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
上記チャンバ内に設けられ、上記ガス導入口から導入されたガスを用いて上記被処理物の表面を処理する処理手段と、
上記被処理物に向けて光を照射し、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物を光処理する照射手段と、
を具備することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
上記処理手段は、上記ガスをプラズマ化して上記被処理物の表面を処理することを特徴とする請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面を処理する第１の工程と、
上記第１の工程前に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物の表面を光処理する第２の工程と、
を具備することを特徴とする処理方法。
【請求項４】
上記第１の工程では、上記被処理物の表面をプラズマで処理することを特徴とする請求項３記載の処理方法。
【請求項５】
表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面をプラズマで処理する第１の工程と、
上記第１の工程中に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させ、上記プラズマを活性化させる第２の工程と、
を具備することを特徴とする処理方法。
【請求項６】
上記第１の工程では、上記被処理物の表面に成膜処理またはエッチング処理を行うことを特徴とする請求項３または５記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の表面を処理する処理装置および処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近接場光を利用したフォトリソグラフィーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このフォトリソグラフィーでは、ガラス基板の表面に形成された金属製のマスクパターンと感光性を有する被処理物とを密着させ、ガラス基板の裏面側から光を照射することで、マスクパターンの開口部から近接場光をしみ出させて上記被処理物を露光する。
【０００３】
また、近接場光を併用したプラズマ処理方法も知られている。このプラズマ処理方法では、近接場光により被処理物の表面を光処理して、その後に行われるプラズマ処理の処理効率を向上させる。
【特許文献１】特開２００１−１５４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近接場光を併用したプラズマ処理方法では、近接場光を発生させる、いわゆる近接場プローブを用いるため、処理面積が狭く、処理に時間がかかるという問題があった。
【０００５】
上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、近接場光を利用して被処理物の表面を短時間かつ容易に処理できる処理装置および処理方法を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の処理装置および処理方法は次のように構成されている。
【０００７】
（１）表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面を処理する処理装置において、上記被処理物を収容するチャンバと、上記チャンバ内にガスを導入するガス導入口と、
上記チャンバ内に設けられ、上記ガス導入口から導入されたガスを用いて上記被処理物の表面を処理する処理手段と、上記被処理物に向けて光を照射し、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物を光処理する照射手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
（２）（１）に記載された処理装置であって、上記処理手段は、上記ガスをプラズマ化して上記被処理物の表面を処理することを特徴とする。
【０００９】
（３）表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面を処理する第１の工程と、上記第１の工程前に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させて上記被処理物の表面を光処理する第２の工程とを具備することを特徴とする。
【００１０】
（４）（３）に記載された処理方法であって、上記第１の工程では、上記被処理物の表面をプラズマで処理することを特徴とする。
【００１１】
（５）表面に金属製のパターンを備えた被処理物の上記表面をプラズマで処理する第１の工程と、上記第１の工程中に、上記被処理物に向けて光を照射することで、上記パターンのパターン底に近接場光を発生させ、上記プラズマを活性化させる第２の工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
（６）（３）または（４）に記載された処理方法であって、上記第１の工程では、上記被処理物の表面に成膜処理またはエッチング処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、近接場光を利用して被処理物の表面を短時間かつ容易に処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１５】
まず、図１と図２を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１６】
最初に、本実施の形態に係る処理対象である処理基板の構成を説明する。
【００１７】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る処理基板の構成図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、この処理基板５０はシリコン基板５１を有している。このシリコン基板５１は、直径が約２００［ｍｍ］であり、その表面にはシリコン酸化膜５２が約５００［ｎｍ］の厚さに形成されている。
【００１９】
シリコン酸化膜５２の表面には、第１のチタン系薄膜５３、金属膜５４、第２のチタン系薄膜５５がそれぞれ約２０［ｎｍ］、約３００［ｎｍ］、約６０［ｎｍ］の厚さで順次形成されている。
【００２０】
これら第１のチタン系薄膜５３、金属膜５４、第２のチタン系薄膜５５は、前工程において所定形状にパターニングされている。これにより、シリコン酸化膜５２の表面には、第１のチタン系薄膜５３、金属膜５４、および第２のチタン系薄膜５５からなる、線幅および溝幅が共に約１２０［ｎｍ］のパターン５７が形成されている。
【００２１】
なお、第２のチタン系薄膜５５上に形成された有機膜５６は、第１のチタン系薄膜５３、金属膜５４、第２のチタン系薄膜５５をパターニングする際に用いたレジストのマスクパターンの残りである。また、第１、第２のチタン系薄膜５３はチタンとチタンナイトライドから構成され、金属膜５４はアルミニウム、シリコン、および銅から構成されている。
【００２２】
次に、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【００２４】
図１に示すように、このプラズマ処理装置は真空チャンバ１を有している。真空チャンバ１の上壁には開口部１ａが設けられ、この開口部１ａには石英ガラス製の誘電体窓２が設けられている。
【００２５】
真空チャンバ１の側壁には、原料ガスやエッチングガスを導入するためのガス導入口３が形成され、下壁には真空チャンバ１内に残留した原料ガスや生成ガスを排気するための排気口４が形成されている。
【００２６】
真空チャンバ１の内部には、処理対象となる処理基板５０を載置するためのステージ５が設けられている。このステージ５には、真空チャンバ１の外部に設けられた高周波電源６が接続されている。この高周波電源６は、ステージ５に高周波バイアス電流（例えば１３．５６ＭＨｚ）を印加する。
【００２７】
また、ステージ５の内部には、ステージ５上に載置された処理基板５０を加熱するためのヒータ（図示しない）が埋設されている。
【００２８】
上記誘電体窓２の上面側には、コイル装置７が設けられている。コイル装置７には、ＲＦ電源８が接続されている。このＲＦ電源８は、コイル装置７に高周波電流（例えば２ＭＨｚ）を流し、誘電体窓２の下面に設けられたプラズマ生成室９内に高電子密度のプラズマを発生させる。すなわち、高周波電源６、コイル装置７、ＲＦ電源８、およびプラズマ生成室９は、処理基板５０をプラズマ処理するプラズマ処理装置１１を構成している。
【００２９】
コイル装置７の上方には、誘電体窓２と対向するように複数のランプ１０が設けられている。これらのランプは、それぞれ光源１０ａと反射カバー１０ｂとから構成されており、誘電体窓２を介してステージ５上の処理基板５０に対して、矢印で示すよう均一な強度で光を照射する。
【００３０】
なお、本実施の形態では、光源１０ａとして、エキシマレーザ発振器（波長：３０８ｎｍ）を用いているが、これに限定されるものではなく、処理条件などに合わせて適宜選択すればよい。また、本実施の形態では、ランプ１０を真空チャンバ１の外部に配置しているが、真空チャンバ１の内部に設けてもよい。
【００３１】
次に、上記構成のプラズマ処理装置を使用する際の作用について説明する。
【００３２】
ステージ５上に処理基板５０を載置したら、真空チャンバ１内をほぼ真空状態にして、ランプ１０から光を照射する。処理基板５０に光が照射されると、その一部が金属膜５４に入射し、パターン底５８に近接場光が発生する。この近接場光は、シリコン酸化膜５２の最表面における原子間結合を切断し、図２（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜５２の最表面にダングリングボンド５２ａを発生させる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、パターン５７の溝幅は約１２０［ｎｍ］であり、ランプ１０から照射される光（エキシマレーザ）の波長は約３０８［ｎｍ］であるため、光の回折限界のために、ランプ１０からの伝播光はパターン底５８に到達していない。
【００３４】
処理基板５０に光を照射して所定時間が経過したら、ランプ１０を消し、プラズマＣＶＤにより処理基板５０の表面に層間絶縁膜５９（図２（ｃ）を参照）を成膜する。
【００３５】
なお、処理条件としては、基板温度：３５０［℃］、原料ガス：ＳｉＨ４／Ｏ２／Ａｒガス、バイアスパワー：１３００［Ｗ］、ＩＣＰパワー５０００［Ｗ］である。
【００３６】
このとき、シリコン酸化膜５２の表面には、近接場光の照射によりダングリングボンド５２ａが発生しているため、シリコン酸化膜５２に対するプラズマ中のイオンやラジカルの付着確率が向上している。
【００３７】
これにより、パターン底５８付近では層間絶縁膜５９の厚さ方向に対する堆積速度が大きくなり、カバレッジが良好となることで、層間絶縁膜５９中に発生するボイドの大きさおよび数を減少させることができる。
【００３８】
上記構成のプラズマ処理装置によれば、シリコン酸化膜５２の表面にプラズマＣＶＤによって層間絶縁膜５９を成膜する前に、パターン底５８に近接場光を発生させることで、シリコン酸化膜５２の表面にダングリングボンド５２ａを発生させている。
【００３９】
そのため、シリコン酸化膜５２に対するイオンやラジカルの付着確率が向上するから、層間絶縁膜５９の厚さ方向に対する堆積速度が大きくなる。これにより、カバレッジが良好となり、層間絶縁膜５９中に発生するボイドの大きさや数を減少させることができる。その結果、シリコン酸化膜５２の表面に良好な膜質の層間絶縁膜５９が形成され、配線間のリークや信頼性の低下が抑制される。
【００４０】
一方で、発明者らは、近接場光を用いず処理基板５０上に層間絶縁膜５９を成膜した場合、層間絶縁膜５９中に大きなボイドが多数発生することを確認している。この結果は、近接場光の作用により、シリコン酸化膜５２の表面に良好な膜質の層間絶縁膜５９が形成されることを示している。
【００４１】
しかも、ランプ１０から処理基板５０に向けて光を一括して照射するだけで、パターン底５８に近接場光を発生させることができるから、短時間で、かつ簡単に処理基板５０の表面に良好な膜質の層間絶縁膜５９を成膜することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、シリコン酸化膜５２の表面にダングリングボンドを発生させるために近接場光を用いているが、これに限定されることはなく、例えば通常の伝播光を用いてもよい。ただ、伝播光を用いる場合、その波長をパターン５７の溝幅より短くする必要がある。
【００４３】
しかしながら、短波長の光は、発生源の占有スペースが大きい、コストが高い、空気やガラスで吸収される等の理由により、プラズマ処理装置への導入が難しい。さらに、最近では半導体素子が１００［ｎｍ］ルールで製造されるようになっており、この微細なパターンに利用可能な真空紫外領域の光を用いる場合、誘電体窓２の材料が極めて限定されてしまう。
【００４４】
ところが、本実施の形態のように近接場光を利用すれば、上述のような問題が存在しないので、簡単かつ低コストでシリコン酸化膜５２の表面にダングリングボンドを発生させることができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、ランプ１０から光を照射した後に、プラズマＣＶＤで処理基板５０の表面に層間絶縁膜５９を成膜しているが、ランプ１０から光を照射している最中に、プラズマＣＶＤで処理基板５０の表面に層間絶縁膜５９を成膜してもよい。
【００４６】
こうすると、パターン底５８付近に存在するプラズマ中のイオン、中性分子、ラジカルが近接場光のエネルギーにより活性化され、シリコン酸化膜５２に付着堆積するイオンやラジカルが増加する。発明者らは、ランプ１０から光を照射している最中に処理基板５０をプラズマ処理して形成した層間絶縁膜５９中に殆んどボイドが存在しないことを確認している。
【００４７】
次に、図３を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは上記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略する。
【００４８】
最初に、本実施の形態に係る処理対象である処理基板６０の構成を説明する。
【００４９】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る処理基板の構成図である。
【００５０】
図３（ａ）に示すように、この処理基板６０はシリコン基板６１を有している。このシリコン基板６１は、直径が約２００［ｍｍ］であり、その表面にはゲート酸化膜６２、ポリシリコン膜６３がそれぞれ約３［ｎｍ］、約６０［ｎｍ］の厚さで順次形成されている。
【００５１】
ポリシリコン膜６３の表面には、金属膜６４、シリコン窒化膜６５がそれぞれ約５０［ｎｍ］、約１００［ｎｍ］の厚さで順次形成されている。これら金属膜６４、シリコン窒化膜６５は、前工程において所定形状にパターニングされている。
【００５２】
これにより、ポリシリコン膜６３の表面には、金属膜６４とシリコン窒化膜６５からなる、線幅および溝幅が共に約８０［ｎｍ］のパターン６６が形成される。なお、金属膜６４はタングステン製である。
【００５３】
次に、上記構成のプラズマ処理装置を使用する際の作用について説明する。
【００５４】
ステージ５上に処理基板６０を載置したら、ランプ１０から光を照射し、パターン６６をマスクにして、プラズマエッチングによりポリシリコン膜６３を図３（ｂ）に示すようにエッチングする。
【００５５】
なお、処理条件としては、基板温度：５０［℃］、エッチングガス：ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２ガス、圧力：６［ｍＴ］、バイアスパワー：５０［Ｗ］、ＩＣＰパワー６００［Ｗ］である。
【００５６】
処理基板６０に光が照射されると、その一部が金属膜６４に入射し、パターン底６７に近接場光が発生する。この近接場光は、パターン底６７付近に存在するエッチングガスを励起し、イオンやラジカルを増加させる。これにより、ポリシリコン膜６３のエッチングが促進され、エッチングレートが向上する。
【００５７】
上記構成のプラズマ処理装置によれば、ポリシリコン膜６３をエッチングする際、パターン底６７に近接場光を発生させている。
【００５８】
そのため、この近接場光によりパターン底６７付近に存在するエッチングガスが励起され、ポリシリコン膜６３の表面付近におけるイオンやラジカルが増加するから、ポリシリコン膜６３のエッチングレートが向上する。これにより、パターン６６のアスペクト比が高くなっても、ポリシリコン膜６３を高いエッチングレートでエッチングすることができる。
【００５９】
発明者らは、溝幅が約１００［ｎｍ］のパターンを用いて実際にポリシリコン膜６３をエッチングし、本発明を適用した場合と、本発明を適用しない場合のエッチングレートをそれぞれ測定した。
【００６０】
その結果、本発明を適用した場合のエッチングレートは、孤立パターンに対して１０％の低下に留まる一方、本発明を適用しなかった場合のエッチングレートは孤立パターンに対して２０％も低下することが確認された。
【００６１】
これにより、本発明を適用してポリシリコン膜６３のエッチングを行えば、溝幅が異なる領域を有するパターンを用いてエッチングを行う場合であっても、そのエッチングレーが溝幅の差の影響をあまり受けないから、オーバーエッチングにより生じるゲート酸化膜６２の損傷などを防止することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００６３】
具体的には、上記実施の形態では、本発明をシリコン酸化膜５２への層間絶縁膜５９の成膜、ポリシリコン膜６３のエッチングに適用しているが、これらに限定されるものではなく、様々な処理に適用することができる。
【００６４】
また、上記実施の形態では、本発明を半導体装置の製造工程に適用しているが、これに限定されることはなく、例えば高密度ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）、光フォトニクス結晶の製造など、プラズマを用いて微細なパターンを加工するあらゆる工程に適用しても同様の効果が得られる。
【００６５】
さらに、上記実施の形態では、本発明をプラズマ処理に適用しているが、これに限定される必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る処理基板の構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る処理基板の構成図。
【符号の説明】
【００６７】
１…真空チャンバ、３…ガス導入口、１０…ランプ、１１…プラズマ処理装置、５７…パターン、５２…シリコン酸化膜、６３…ポリシリコン膜、５８、６７…パターン底。
【図１】
2005294541.tif 000003
【図２】
2005294541.tif 000004
【図３】
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