(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜をエッチング処理して所定パターンを形成する工程と、
前記エッチング処理を終了した後に残存する物質を所定の液に対して可溶化するように変性させる工程と、
次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、
その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程と
を有し、
前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、
前記変性させる工程は、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜の上に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の上にエッチングマスクを形成し、前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチングして所定パターンを形成する工程と、
前記犠牲膜と前記エッチングマスクを所定の液に可溶化するように変性させる工程と、
次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、
その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程と
を有し、
前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、
前記変性させる工程は、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜をエッチング処理して所定パターンを形成する工程と、
前記エッチング処理を終了した後に残存する物質を所定の液に対して可溶化するように変性させる工程と、
次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、
その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程と
を有し、
前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、
前記変性させる工程は、オゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜の上に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の上にエッチングマスクを形成し、前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチングして所定パターンを形成する工程と、
前記犠牲膜と前記エッチングマスクを所定の液に可溶化するように変性させる工程と、
次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、
その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程と
を有し、
前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、
前記変性させる工程は、オゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
前記変性された物質が除去された後の被エッチング膜の表面をシリル化し、溶解除去する工程で前記被エッチング膜表面に形成されたダメージを回復させる工程をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記低誘電率材料は、アルキル基を末端基として有することを特徴とする請求項１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】
前記所定の液は、酸またはアルカリ性薬液であ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。
【請求項８】
前記シリル化処理は、分子内にシラザン結合（Ｓｉ−Ｎ）を有する化合物を用いて行なうことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記分子内にシラザン結合を有する化合物が、ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）またはＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）であることを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
低誘電率材料からなる被エッチング膜を有し、エッチング処理により被エッチング膜に所定パターンが形成され、エッチング処理後に残存する物質を所定の液に対して可溶化するように、水蒸気とオゾンを含む処理ガスまたはオゾンを含む処理ガスが供給されて変性された基板に対し、被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、
その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程と
を有し、
前記シリル化処理は、変性された際に前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させることを特徴とする基板処理方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板処理方法が行われるように、コンピュータに製造装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、デュアルダマシン法等による半導体装置の製造過程において所定の物質を変性させるための変性処理および変性物質の溶解除去処理を行う基板処理方法およびコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスにおいては、微細化による配線間隔の減少が、配線間に大きな容量を発生させ、信号の伝播速度を低下させることにより動作速度の遅延を招く。この問題を解決するため、比誘電率の低い絶縁材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）の開発ならびにそれを用いた多層配線の開発がなされている。一方、配線材料として、低抵抗かつ高いエレクトロマイグレーション耐性を有する銅が注目されており、銅の溝配線や接続孔の形成には、シングルダマシン法やデュアルダマシン法が多用されている。
【０００３】
図１１は、デュアルダマシン法による多層銅配線の形成工程の一例を示す説明図である。まず、シリコン基板（図示せず）の上のＬｏｗ−ｋ材料からなる絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）２００に、バリアメタル層２０１を介して銅からなる下部配線２０２を形成し、エッチングストッパ膜２０３を介して層間絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜２０４を形成し、さらにその表面に反射防止膜（ＢＡＲＣ；Bottom Anti-Reflective Corting）２０５を形成した後に反射防止膜２０５の表面にレジスト膜２０６を形成し、次いでレジスト膜２０６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２０６に回路パターンを形成する（図１１（ａ））。
【０００４】
次いで、レジスト膜２０６をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０４をエッチングし、ビアホール２０４ａを形成する（図１１（ｂ））。反射防止膜２０５とレジスト膜２０６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２０４ａを有する絶縁膜２０４の表面に犠牲膜２０７を形成する（図１１（ｃ））。このときビアホール２０４ａも犠牲膜２０７によって埋められる。
【０００５】
犠牲膜２０７の表面にレジスト膜２０８を形成して、レジスト膜２０８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２０８に回路パターンを形成する（図１１（ｄ））。その後、レジスト膜２０８をマスクとして犠牲膜２０７およびＬｏｗ−ｋ膜２０４をエッチング処理することによって、ビアホール２０４ａの上により幅の広いトレンチ２０４ｂが形成される（図１１（ｅ））。その後、レジスト膜２０８と犠牲膜２０７を除去することによって、絶縁膜２０４にビアホール２０４ａとトレンチ２０４ｂが形成される（図１１（ｆ））。そして、これらの中に上部配線として銅が埋め込まれる。
【０００６】
ところで、犠牲膜２０７としてはＳｉ−Ｏ系の無機材料が多用されており、従来のレジスト膜除去に用いられているアッシング処理では犠牲膜２０７を除去することが困難である。また、薬液で溶解することも試みられているが、極めて処理速度が遅くなってしまう。
【０００７】
このような犠牲膜を除去する技術として、水蒸気とオゾンを含む処理ガスにより犠牲膜を所定の薬液に可溶に変性させ、その後、その薬液により犠牲膜を除去する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
しかしながら、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを用いて処理した際に、パターンが形成されたＬｏｗ−ｋ材料からなる層間絶縁膜にダメージが入ることがあり、その後の薬液処理によりパターンへのダメージが顕在化するおそれがある。
【０００９】
また、このような水蒸気とオゾンを含む処理ガスによって液可溶化処理を行い、その後に薬液による洗浄処理を行うと、Ｌｏｗ−ｋ材料にダメージが生じて比誘電率が上昇してしまい、層間絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ材料を用いた効果が低減してしまう。
【特許文献１】特開２００４−２１４３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被エッチン膜をエッチング後、犠牲膜等の残存物質を除去する処理を、その残存物質を所定の液に可溶化し、次いで、その所定の液により残存物質を除去することで行う際に、パターンはがれ等のダメージが少ない基板処理方法を提供することを目的とする。
また、それに加えて、残存物質の除去処理の際に被エッチング膜のダメージによる電気特性の低下を抑制する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。
さらに、そのような方法を実行する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜をエッチング処理して所定パターンを形成する工程と、前記エッチング処理を終了した後に残存する物質を所定の液に対して可溶化するように変性させる工程と、次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程とを有し、前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、前記変性させる工程は、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法を提供する。
【００１２】
本発明の第２の観点では、基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜の上に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜の上にエッチングマスクを形成し、前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチングして所定パターンを形成する工程と、前記犠牲膜と前記エッチングマスクを所定の液に可溶化するように変性させる工程と、次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程とを有し、前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、前記変性させる工程は、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法を提供する。
【００１３】
本発明の第３の観点では、基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜をエッチング処理して所定パターンを形成する工程と、前記エッチング処理を終了した後に残存する物質を所定の液に対して可溶化するように変性させる工程と、次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程とを有し、前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、前記変性させる工程は、オゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法を提供する。
【００１４】
本発明の第４の観点では、基板上に形成された低誘電率材料からなる被エッチング膜の上に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜の上にエッチングマスクを形成し、前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチングして所定パターンを形成する工程と、前記犠牲膜と前記エッチングマスクを所定の液に可溶化するように変性させる工程と、次いで、前記パターンが形成された被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程とを有し、前記シリル化処理は、前記変性させる工程により前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させ、前記変性させる工程は、オゾンを含む処理ガスを供給して行うことを特徴とする基板処理方法を提供する。
【００１５】
上記第１〜第４の観点において、前記変性された物質が除去された後の被エッチング膜の表面をシリル化し、溶解除去する工程で前記被エッチング膜表面に形成されたダメージを回復させる工程をさらに有することが好ましい。前記低誘電率材料としては、アルキル基を末端基として有するものが特に有効である。
【００１６】
前記シリル化処理は、分子内にシラザン結合（Ｓｉ−Ｎ）を有する化合物を用いて行なうことが好ましい。前記分子内にシラザン結合を有する化合物が、ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）またはＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）であることが好ましい。
【００１７】
本発明の第５の観点では、低誘電率材料からなる被エッチング膜を有し、エッチング処理により被エッチング膜に所定パターンが形成され、エッチング処理後に残存する物質を所定の液に対して可溶化するように、水蒸気とオゾンを含む処理ガスまたはオゾンを含む処理ガスが供給されて変性された基板に対し、被エッチング膜の表面をシリル化処理する工程と、その後、前記所定の液を供給して前記変性された物質を溶解除去する工程とを有し、前記シリル化処理は、変性された際に前記被エッチング膜に形成されたダメージを回復させ、前記溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、前記ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させることを特徴とする基板処理方法を提供する。
【００１８】
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１〜第５の観点の基板処理方法が行われるように、コンピュータに製造装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ダメージが入りやすい低誘電率材料からなる被エッチング膜を用い、犠牲膜等の除去し難い物質を用いて、被エッチン膜をエッチングした後、犠牲膜等の残存物質を除去する処理を、その残存物質を所定の液に可溶化し、次いで、その所定の液により残存物質を溶解除去することで行う際に、溶解除去に先立ってシリル化処理により被エッチング膜をダメージから回復させ、溶解除去する工程の際のパターンはがれを防止するとともに、ダメージにより誘電率が上昇した被エッチング膜の誘電率を低下させるので、残存物質の溶解除去の際にパターンのＣＤロス等のパターンダメージが生じ難く、また、ダメージにより上昇した誘電率を低下させることもできる。
【００２０】
また、上記残存物質の溶解除去処理の後もシリル化処理を行うことにより、残存物質の除去処理の際の被エッチング膜のダメージによる電気特性の低下を回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。ここでは、デュアルダマシン法により半導体装置を製造する際に本発明を適用した例について説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に基板処理方法が適用される、デュアルダマシン法による半導体装置の製造プロセスに用いられるウエハ処理システムの概略構成を示す説明図である。このウエハ処理システムは、ＳＯＤ（Spin On Dielectric）装置１０１と、レジスト塗布／現像装置１０２と、露光装置１０３と、洗浄処理装置１０４と、エッチング装置１０５と、ＰＶＤ装置の１つであるスパッタ装置１０６と、電解メッキ装置１０７と、研磨装置としてのＣＭＰ装置１０９とを備えた処理部１００と、プロセスコントローラ１１１、ユーザーインターフェース１１２、記憶部１１３を含むメイン制御部１１０を備えている。ここで、処理部１００のＳＯＤ装置１０１とスパッタ装置１０６と電解メッキ装置１０７は、成膜装置である。なお、処理部１００の装置間でウエハＷを搬送する方法としては、オペレータによる搬送方法や、図示しない搬送装置による搬送方法が用いられる。
【００２３】
処理部１００の各装置は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ１１１に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ１１１には、工程管理者が処理部１００の各装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理部１００の各装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１１２と、処理部１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１１１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部１１３とが接続されている。
【００２４】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１１２からの指示等を受けて、任意のレシピを記憶部１１３から呼び出してプロセスコントローラ１１１に実行させることで、プロセスコントローラ１１１の制御下で、処理部１００において所望の各種処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものであってもよく、さらに、処理部１００の各装置間、あるいは外部の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
なお、メイン制御部１１０による全体的な制御は行なわず、あるいは、メイン制御部１１０による全体的な制御と重畳して、処理部１００の各装置毎にプロセスコントローラ、ユーザーインターフェースおよび記憶部を含む制御部を個別に配備して制御を行なう構成を採用することもできる。
【００２５】
上記ＳＯＤ装置１０１は、ウエハＷに薬液を塗布してＬｏｗ−ｋ膜等の層間絶縁膜やエッチングストッパ膜等をスピンコート法により形成するために用いられる。ＳＯＤ装置１０１の詳細な構成は図示しないが、ＳＯＤ装置１０１は、スピンコーターユニットと、塗布膜が形成されたウエハＷを熱処理する熱処理ユニットを備えている。ウエハ処理システムでは、ＳＯＤ装置１０１に代えて、化学気相蒸着法（ＣＶＤ；chemical vapor deposition）法によりウエハＷに絶縁膜等を形成するＣＶＤ装置を用いてもよい。
【００２６】
上記レジスト塗布／現像装置１０２は、エッチングマスクとして用いられるレジスト膜や反射防止膜等を形成するために用いられる。レジスト塗布／現像装置１０２の詳細な構成は図示しないが、レジスト塗布／現像装置１０２は、ウエハＷにレジスト液等を塗布してレジスト膜等をスピンコート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）を塗布するＢＡＲＣ塗布処理ユニットと、ウエハＷに犠牲膜（ＳＬＡＭ）を塗布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。
【００２７】
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。洗浄処理装置１０４は、後に詳細に説明するように、純水や薬液による洗浄処理、エッチング処理後のポリマー残渣等の変性処理、層間絶縁膜のエッチングによるダメージからの回復処理が行われる。
【００２８】
エッチング装置１０５は、ウエハＷ上に形成された層間絶縁膜等にエッチング処理を施すためのものである。エッチング処理は、プラズマを利用するものであってもよく、薬液を用いるものであってもよい。スパッタ装置１０６は、例えば、拡散防止膜やＣｕシードを形成するために用いられる。電解メッキ装置１０７ではＣｕシードが形成された溝配線等にＣｕが埋め込まれ、ＣＭＰ装置１０９はＣｕが埋め込まれた溝配線等の表面の平坦化処理を行うためのものである。
【００２９】
次に、本発明にとって重要な役割を果たす洗浄処理装置１０４について詳細に説明する。図２は洗浄処理装置１０４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。洗浄処理装置１０４は、ウエハＷが収容されたキャリアが他の処理装置等から順次搬入され、逆に洗浄処理装置１０４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装置等へ搬出するためのキャリアステーション４と、洗浄処理や変性処理、回復処理をそれぞれ行う複数の処理ユニットが設けられた処理ステーション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。
【００３０】
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。
【００３１】
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を有している。キャリアＣは蓋体１０ａ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１０ａ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。
【００３２】
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）７ｂ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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）１３ａ，１３ｂを有している。例えば、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂ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）１３ａ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。
【００３５】
処理ステーション２の背面側には、エッチング処理後のポリマー残渣やレジスト膜、犠牲膜等を水蒸気とオゾン（Ｏ３）とを含むガスにより所定の薬液に対して可溶化するように変性させる変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆが配置されている。この変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆでは、エッチング処理後のポリマー残渣やレジスト膜、犠牲膜等の形状はそのままに維持されつつ、その化学的性質のみが所定の薬液に可溶化するように変化する。
【００３６】
変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ，１５ｄの上には、変性処理および洗浄処理等によってダメージを受けた層間絶縁膜をダメージ等から回復させるためにシリル化処理するシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ，１１ｂが設けられている。
【００３７】
処理ステーション２の正面側には、変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆにおける処理が終了したウエハＷに薬液処理や水洗処理を施して、変性したポリマー残渣等を除去する洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄが配置されている。
【００３８】
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）１３ａ，１３ｂ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）１３ａ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）１３ｂは、クーリングプレートユニット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。
【００３９】
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。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は水平方向で進退自在であり、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、それ自体をＸ方向に移動させることなく、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することができ、これら各ユニット間でウエハＷを搬送することができるようになっている。
【００４０】
ケミカルステーション５には、処理ステーション２に設けられた変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆへ処理ガスとしてオゾンや水蒸気等を供給する処理ガス供給部１６と、洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄへ洗浄液を供給する洗浄液供給部１７と、シリル化処理ユニット（ＳＣＨ）１１ａ，１１ｂにシリル化剤やキャリアガス等を供給するシリル化剤供給部１８とを有している。
【００４１】
次に、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。なお、他の変性処理ユニットも全く同様の構造を有している。この変性処理ユニット（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に密接させた状態と、蓋体４１ｂは下部容器４１ａの上方に待避した状態を示している。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
チャンバ３０では、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。
【００４７】
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。このために下部容器４１ａと蓋体４１ｂとをシリンダ４３により押圧力するだけでなく、これら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。
【００４８】
このロック機構３５は、支持軸５２と、回転装置５４によって回転自在にされた回転筒５５と、回転筒５５に固定された円板５６と、円板５６の周縁に設けられた挟持部材５７とを有している。挟持部材５７は、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。
【００４９】
突起部４７ａ，４７ｂは、等間隔に４カ所に設けられており、これらの間には間隙部４９が形成されている。突起部４７ａ，４７ｂはそれぞれ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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａについて、図６に示す概略断面図を参照しながら詳細に説明する。シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａは、ウエハＷを収容するチャンバ６１を備えており、チャンバ６１は、固定された下部容器６１ａと、下部容器６１ａを覆う蓋体６１ｂから構成され、蓋体６１ｂは図示しない昇降装置により昇降自在である。下部容器６１ａにはホットプレート６２が設けられており、ホットプレート６２の周囲からシリル化剤、例えばＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）の蒸気を含む窒素ガスがチャンバ６１内に供給されるようになっている。ＤＭＳＤＭＡは気化器６３によって気化され、Ｎ２ガスにキャリアされてチャンバ６１に供給される。
【００５２】
ホットプレート６２は、例えば、室温〜２００℃の範囲で温度調節が可能であり、その表面にはウエハＷを支持するピン６４が設けられている。ウエハＷをホットプレート６２に直接載置しないことで、ウエハＷの裏面の汚染が防止される。下部容器６１ａの外周部上面には第１シールリング６５が設けられており、蓋体６１ｂの外周部下面には、蓋体６１ｂを下部容器６１ａに押し付けた際に第１シールリング６５と接触する第２シールリング６６が設けられている。これら第１および第２シールリング６５，６６間の空間は減圧可能となっており、この空間を減圧することにより、チャンバ６１の気密性が確保される。蓋体６１ｂの略中心部には、チャンバ６１に供給されたＤＭＳＤＭＡを含む窒素ガスを排気するための排気口６７が設けられており、この排気口６７は圧力調整装置６８を介して、真空ポンプ６９に接続されている。
【００５３】
なお、図６では、液体のＤＭＳＤＭＡガスを気化器６３により気化させ、Ｎ２ガスによりキャリアさせてチャンバ６１に供給するようにしたが、ＤＭＳＤＭＡを気化させたガス（つまりＤＭＳＤＭＡ蒸気）のみをチャンバ６１に供給する構成としてもよい。ＤＭＳＤＭＡをチャンバ６１内に供給する際には、チャンバ６１内は所定の真空度に保持されているので、気化器６３とチャンバ６１の圧力差を利用して、ＤＭＳＤＭＡガスをチャンバ６１に導入することは容易に行うことができる。また、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ｂもシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａと全く同様の構造を有している。
【００５４】
次に、洗浄ユニット１２ａについて、図７に示す概略断面図を参照しながら詳細に説明する。この洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａは、その中央部に環状のカップ（ＣＰ）が配置され、カップ（ＣＰ）の内側にはスピンチャック７１が配置されている。スピンチャック７１は真空吸着によってウエハＷを固定保持した状態で駆動モータ７２によって回転駆動される。カップ（ＣＰ）の底部には洗浄液、純水を排出するドレイン配管７３が設けられている。
【００５５】
駆動モータ７２は、ユニット底板７４に設けられた開口７４ａに昇降移動可能に配置され、キャップ状のフランジ部材７５を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動機構７６および昇降ガイド７７と結合されている。駆動モータ７２の側面には、筒状の冷却ジャケット７８が取り付けられ、フランジ部材７５は、この冷却ジャケット７８の上半部を覆うように取り付けられている。
【００５６】
薬液等をウエハＷに供給する際には、フランジ部材７５の下端７５ａは、開口７４ａの周縁付近でユニット底板７４に密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピンチャック７１とウエハ搬送アーム１４ａとの間でウエハＷの受け渡しが行われるときは、昇降駆動機構７６が駆動モータ７２およびスピンチャック７１を上方へ持ち上げることでフランジ部材７５の下端がユニット底板７４から浮くようになっている。
【００５７】
カップ（ＣＰ）の上方には、変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆのいずれかで変性された物質（以下変性物質という）、例えば変性された犠牲膜が存在するウエハＷの表面に、当該変性物質を溶解する所定の洗浄液を供給する洗浄液供給機構８０を備えている。
【００５８】
洗浄液供給機構８０は、スピンチャック７１に保持されたウエハＷの表面に洗浄液を吐出する洗浄液吐出ノズル８１と、洗浄液吐出ノズル８１に所定の洗浄液を送液する洗浄液供給部１７と、洗浄液吐出ノズル８１を保持し、Ｙ方向に進退自在なスキャンアーム８２と、スキャンアーム８２を支持する垂直支持部材８５と、ユニット底板７４の上でＸ軸方向に敷設されたガイドレール８４に取り付けられ、垂直支持部材８５をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構９６とを有している。スキャンアーム８２はＺ軸駆動機構９７によって上下方向（Ｚ方向）に移動可能であり、これにより洗浄液吐出ノズル８１をウエハＷ上の任意の位置に移動させ、またカップ（ＣＰ）外の所定位置に退避させることができるようになっている。
【００５９】
洗浄液供給部１７は、変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆで変性された犠牲膜等の変性物質を溶解する例えば希フッ酸、アミン系薬液等の溶解除去液と、リンス液として用いられる純水とを選択的に洗浄液吐出ノズル８１へ送液することができるようになっている。
【００６０】
なお、上述した変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｃと変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ｄ〜１５ｆとは境界壁２２ｂについて略対称な構造を有しており、シリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａとシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ｂは境界壁２２ｂについて略対称な構造を有している。同様に、洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ａ，１２ｂと洗浄ユニット（ＣＮＵ）１２ｃ，１２ｄとが境界壁２２ａについて略対称な構造を有している。
【００６１】
次に、本発明の一実施形態に基板処理方法が適用される、デュアルダマシン法による半導体装置の製造プロセスについて説明する。
図８はデュアルダマシン法による半導体装置の製造プロセスを示すフローチャート、図９は図８のフローを示す工程断面図である。
【００６２】
まず、Ｓｉ基板（図示せず）上に絶縁膜１２０が形成され、その中の上部にバリアメタル層１２１を介して下部銅配線１２２が形成され、絶縁膜１２０および下部銅配線１２２の上にストッパ膜（例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜）１２３が形成されているウエハを形成しておき、このウエハをＳＯＤ装置１０１に搬入して、そこでストッパ膜１２３上に低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる層間絶縁膜（以下、Ｌｏｗ−ｋ膜と記す）１２４を形成する（ステップ１）。これにより図９（ａ）の状態が形成される。
【００６３】
次に絶縁膜１２４が形成されたウエハＷを、レジスト塗布／現像装置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Ｌｏｗ−ｋ膜１２４上に反射防止膜１２５、レジスト膜１２６を順次形成し、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し、さらに、ウエハＷをレジスト塗布／現像装置１０２に戻して、現像処理ユニットにおいてレジスト膜１２６を現像処理することによって、レジスト膜１２６に所定の回路パターンを形成する（ステップ２）。引き続きウエハをエッチング装置１０５に搬送して、そこでエッチング処理を行う（ステップ３）。これにより、図９（ｂ）に示すように、ストッパ膜１２３に達するビアホール１２４ａがＬｏｗ−ｋ膜１２４に形成される。
【００６４】
このビアホール１２４ａが形成されたウエハは、次に洗浄処理装置１０４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１２６が除去される（ステップ４、図９（ｃ））。
【００６５】
続いてウエハＷは、レジスト塗布／現像装置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１２４ａを有するＬｏｗ−ｋ膜１２４の表面に無機系材料（例えば、Ｓｉ−Ｏ系材料）からなる犠牲膜１２７を形成する（ステップ５）。このとき、ビアホール１２４ａも犠牲膜１２７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１２７の表面にエッチングマスクとなるレジスト膜１２８を形成し、レジスト膜１２８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１２８を現像する（ステップ６）。これによって、図９（ｄ）に示すように、レジスト膜１２８に回路パターンが形成される。ここで、レジスト膜１２８には、ビアホール１２４ａの幅よりも広い溝がビアホール１２４ａの上方位置に形成される。
【００６６】
次いで、ウエハＷをエッチング装置１０５に搬送し、そこでウエハの表面をエッチング処理する（ステップ７）。これによって図９（ｅ）に示すように、ビアホール１２４ａの上方に、より幅の広いトレンチ１２４ｂが形成される。Ｌｏｗ−ｋ膜１２４の上に犠牲膜１２７を形成しておくことによって、Ｌｏｗ−ｋ膜１２４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。
【００６７】
エッチング処理の終了したウエハＷは、洗浄処理装置１０４に搬送され、そこで犠牲膜１２７とレジスト膜１２８の変性処理（ステップ８、図９（ｆ））と、変性処理後におけるＬｏｗ−ｋ膜１２４のシリル化処理（ステップ９、図９（ｇ））と、犠牲膜１２７とレジスト膜１２８とポリマー残渣の除去処理が行われる（ステップ１０、図９（ｈ））。
【００６８】
具体的には、まず、エッチング処理が終了したウエハの収容されたキャリアＣが載置台６に載置され、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）１３ｂへ搬送される。
【００６９】
そして、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂに載置されたウエハをウエハ搬送アーム１４ａによって変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈのいずれかに搬入し、上記ステップ８の、犠牲膜１２７とレジスト膜１２８の変性処理を行う（図９（ｆ））。
【００７０】
この場合に、まずチャンバ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、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。
【００７１】
ウエハ搬送アーム１４ａを変性処理ユニット（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。
【００７２】
ヒータ４５ａ，４５ｂにてステージ３３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。
【００７３】
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／窒素混合ガスで充満され、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。
【００７４】
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１２７は特定の薬液、例えばＨＦに溶解され易い性質へと変性され、レジスト膜１２８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）もその薬液により溶解されやすくなる。このように処理ガスは、犠牲膜１２７、レジスト膜、ポリマー残渣をそれぞれ変性させる。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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｆのいずれかにおける変性処理が終了した時点では、犠牲膜１２７等はウエハＷから除去されていない。そこでウエハＷから犠牲膜１２７等を除去するための溶解除去処理（洗浄処理）を行う（上記ステップ１０）。しかしながら、変性処理ユニット（ＶＯＳ）における水蒸気とオゾンの処理によって、パターンが形成されたＬｏｗ−ｋ膜１２４にダメージが入ることがあり、そのようなダメージが入った状態でその後の薬液を用いた溶解除去処理を行うとパターンはがれが生じるおそれがある。
【００７８】
そこで、本実施形態はその溶解除去処理に先立ってシリル化ユニット１１ａ，１１ｂのいずれかにおいて上記ステップ９のシリル化処理を行い、Ｌｏｗ−ｋ膜１２４をダメージから回復させ、溶解除去処理の際にこのようなパターンはがれが生じないようにする。
【００７９】
このようなダメージ部は、図１０に示すように、末端基がメチル基（Ｍｅ）であり疎水性であるＬｏｗ−ｋ膜１２４が、水蒸気とオゾンによる変性処理の際に水分子と反応してビアホール１２４ａの側壁近傍におけるメチル基が減少し、水酸基が増加しダメージが入った状態となる。この状態で、犠牲膜１２７等の除去処理を行うと、ダメージに起因して膜はがれが発生するおそれがあるが、本実施形態では、シリル化処理を施して、Ｌｏｗ−ｋ膜表面を疎水性にすることによりダメージを回復させる。このとき、親水性のダメージ部が形成されることにより、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率が増大してしまうが、シリル化処理により、誘電率を低下させることもできる。なお、図９（ｆ）にはＬｏｗ−ｋ膜１２４に形成されたダメージ部１２９を便宜上明確に示しているが、ダメージ部１２９と非ダメージ部の境界は必ずしも明確なものではない。
【００８０】
ステップ９のシリル化処理においては、ウエハＷをシリル化ユニット（ＳＣＨ）１１ａ，１１ｂの一方に搬送し、ホットプレート６２上の支持ピン６４に載置し、シリル化剤、例えばＤＭＳＤＭＡの蒸気をＮ２ガスにキャリアさせてチャンバ６１内に導入する。シリル化処理の条件は、シリル化剤の種類に応じて選択すればよく、例えば、気化器６３の温度は室温〜５０℃、シリル化剤流量は０．６〜１．０ｇ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス（パージガス）流量は１〜１０Ｌ／ｍｉｎ、処理圧力は５３２〜９５９７６Ｐａ（４〜７２０Ｔｏｒｒ）、ホットプレート６２の温度は室温〜２００℃などの範囲から適宜設定できる。シリル化剤としてＤＭＳＤＭＡを用いる場合は、例えば、ホットプレート６２の温度を１００℃とし、チャンバ６１内圧力を５Ｔｏｒｒ（＝６６６Ｐａ）に減圧し、その後ＤＭＳＤＭＡ蒸気をＮ２ガスにキャリアさせてチャンバ６１内圧力が５５Ｔｏｒｒになるまで供給し、その圧力を維持しながら、例えば３分間保持し、処理する方法が挙げられる。ＤＭＳＤＭＡを用いたシリル化反応は、下記化１式で示される。
【００８１】
【化１】
0005247999.tif 000002
【００８２】
シリル化剤としては、以上のＤＭＳＤＭＡに限らず、シリル化反応を起こす物質であれば特に制限なく使用可能であるが、分子内にシラザン結合（Ｓｉ−Ｎ結合）を有する化合物群の中で比較的小さな分子構造を持つもの、例えば分子量が２６０以下のものが好ましく、分子量１７０以下のものがより好ましい。具体的には、例えば、前記ＤＭＳＤＭＡ、ＨＭＤＳのほか、ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）等を用いることが可能である。これらの化学構造を以下に示す。
【００８３】
【化２】
0005247999.tif 000003
【００８４】
上記化合物の中でも、誘電率の回復効果やリーク電流の低減効果が高いものとして、ＴＭＳＤＭＡおよびＴＭＤＳを用いることが好ましい。また、シリル化後の安定性の観点からは、シラザン結合を構成するＳｉが３つのアルキル基（例えばメチル基）と結合している構造のもの（例えばＴＭＳＤＭＡ、ＨＭＤＳなど）が好ましい。
【００８５】
このようなシリル化処理が終了したウエハＷは、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに搬入し、そこで犠牲膜１２７等を溶解可能な所定の薬液（例えば、希フッ酸、アミン系薬液）によって犠牲膜１２７等の溶解除去処理が行われる（上記ステップ１０、図９（ｈ））。ここで、犠牲膜１２７は変性処理により種々の薬液に可溶化されるが、特にフッ酸等の酸性薬液の場合にパターンへのダメージが大きい。したがって、酸性薬液の場合に上記ステップ９のシリル化処理の効果が大きい。
【００８６】
この溶解除去処理を行う際には、洗浄処理ユニット（ＣＮＵ）１２ａ〜１２ｄの一つのスピンチャック７１上にウエハＷを搬送し、略水平姿勢に吸着保持させ、洗浄液供給機構８０の洗浄液吐出ノズル８１からウエハＷの表面に犠牲膜１２７等の変性物質が溶解可能な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１２７等を完全に除去する。犠牲膜１２７等の除去に使用される薬液により、レジスト膜１２８やポリマー残渣も溶解除去される。薬液による処理の後には、駆動モータ７２によりウエハ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。
【００８７】
この処理の際には、Ｌｏｗ−ｋ膜１２４の表面部分に図９（ｈ）に示すようなダメージ部１３０が形成されることがある。このダメージ部１３０も最初疎水性であったＬｏｗ−ｋ膜１２４がステップ１０の溶解除去処理によりダメージを受けて親水化した部分であり、Ｌｏｗ−ｋ膜１２４の比誘電率を増大させてしまい、配線形成後、配線間の寄生容量が増大するため、信号遅延や溝配線どうしの間の絶縁性が低下する等の電気特性上の問題が生ずる。なお、この場合にもＬｏｗ−ｋ膜１２４に形成されたダメージ部１３０を便宜上明確に示しているが、ダメージ部１３０と非ダメージ部の境界は必ずしも明確なものではない。
【００８８】
このような場合に、ステップ１０の溶解除去処理の後に、再び上記ステップ９と同様の手順でシリル化処理を行う（ステップ１１、図９（ｉ））。これにより、変性物質の溶解除去の際にＬｏｗ−ｋ膜１２４が受けたダメージを同様の原理で回復させることができる。したがって、Ｌｏｗ−ｋ膜１２４の比誘電率も回復し、上記電気特性上の問題を解消することができる。
【００８９】
その後、ウエハＷをスパッタ装置１０６へ搬送して、そこでビアホール１２４ａおよびトレンチ１２４ｂの内壁にバリアメタル膜およびＣｕシード層（つまり、メッキシード層）を形成し、次いで、ウエハＷを電解メッキ装置１０８に搬送して、そこで電解メッキによりビアホール１２４ａおよびトレンチ１２４ｂに配線金属として銅１３１を埋め込む（ステップ１２、図９（ｊ））。その後、ウエハＷを熱処理することによってビアホール１２４ａおよびトレンチ１２４ｂに埋め込まれた銅１３１のアニール処理を行い（アニール装置は図１に示さず）、さらにウエハＷをＣＭＰ装置１０９へ搬送し、そこでＣＭＰ法による平坦化処理が行われる（ステップ１３）。これにより所望の半導体装置が製造される。
【００９０】
このように犠牲膜１２７等を除去するために、犠牲膜１２７等を所定の薬液に対して可溶化するように変性させ、その後そのような薬液を用いて変性物質を溶解除去する手法を採用する場合に、変性処理の後のＬｏｗ−ｋ膜に与えられたダメージをシリル化処理により回復させてから、次の溶解除去処理を行うので、次の溶解除去処理においてパターンがはがれやすく等の不都合が解消される。また、溶解除去処理の後は、やはりＬｏｗ−ｋ膜１２４にダメージを受け、比誘電率が上昇するが、その後のシリル化処理により回復させることにより比誘電率を大幅に低減することが可能である。
【００９１】
次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。ここではＬｏｗ−ｋ膜１２４として例えばＳｉＣＨＯを用い、上記手順により図９（ｅ）の状態とした後、１００〜２００℃、常圧〜２００ｋＰａの条件で水蒸気とオゾンの混合ガスにより変性処理を行って、犠牲膜１２７をＨＦに可溶な状態に変性させた。その後、５０〜２５０℃、１．３３〜２６．６ｋＰａという条件でシリル化処理を行い、引き続きＨＦを用いて犠牲膜１２７等の溶解除去処理を行った。その後、パターンの状態を調査した結果、パターンはがれは見られなかった。一方、上と同じ条件で変性処理を行った後、シリル化処理を行わずに同様の溶解除去処理を行った結果、パターンはがれ等、正常な状態でないパターンが見られた。この結果から、変性処理と溶解除去処理との間にシリル化処理を挿入することにより、パターンはがれ等のパターンダメージが著しく減少することが確認された。
【００９２】
次に、上の例と同様の条件で変性処理→シリル化→溶解除去処理を順次行った後、さらに同じ条件でシリル化を行った。この処理の後、Ｌｏｗ−ｋ膜の比誘電率（ｋ値）を測定した結果、ほぼイニシャル付近まで回復していることが確認された。これに対して、同様の条件で変性処理を行った後、シリル化処理を行わずに同様条件で溶解除去処理を行い、最後のシリル化処理も行わなかったものについては、Ｌｏｗ−ｋ膜の回復がなされていないため、ｋ値は高い値を示した。上の例と同様の条件で変性処理→シリル化→溶解除去処理を順次行った後、最後のシリル化処理を施さない場合には、全くシリル化処理を行わない場合に比較して低い値となったが、最後にシリル化処理を施した場合よりも高い値となった。
【００９３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。たとえば、上記実施形態では、犠牲膜等の変性処理を水蒸気とオゾンとの混合ガスにより行ったが、水蒸気を用いずにオゾンのみの処理であってもよい。オゾンによって処理する場合には、水蒸気＋オゾンの場合よりも反応性は低いが、その後の薬液による溶解除去処理により変性した犠牲膜等を十分に溶解可能である。
【００９４】
また、シリル化処理によってダメージ回復を図ることができるＬｏｗ−ｋ膜は、特に限定されるものではないが、ＳＯＤ膜であるポーラスMSQを用いることができる。そのほか、例えば、ＣＶＤで形成される無機絶縁膜の１つであるＳｉＯＣ系膜を対象とすることもできる。これは従来のＳｉＯ２膜のＳｉ−Ｏ結合にメチル基（−ＣＨ３）を導入して、Ｓｉ−ＣＨ３結合を混合させたもので、Black Diamond（Applied Materials社）、Coral（Novellus社）、Aurora（ASM社）等がこれに該当する。ＳｉＯＣ系膜はポーラス（多孔質）であってもよい。また、MSQ系の絶縁膜はポーラスなものに限定されず、緻密質であってもよい。
【００９５】
さらに、上記実施形態ではデュアルダマシン法による銅配線を含む半導体装置の製造プロセスに本発明を適用した例について示したが、これに限らず、エッチング対象膜の劣化が懸念され、変性すべき除去物質が存在する処理であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施形態に基板処理方法が適用される、デュアルダマシン法による半導体装置の製造プロセスに用いられるウエハ処理システムの概略構成を示す説明図。
【図２】図１のウエハ処理システムに用いられる洗浄処理装置の概略構造を示す平面図。
【図３】図２の洗浄処理装置の概略構造を示す正面図。
【図４】図２の洗浄処理装置の概略構造を示す背面図。
【図５】洗浄処理装置に搭載された変性処理ユニットを示す概略断面図。
【図６】洗浄処理装置に搭載されたシリル化ユニットを示す概略断面図。
【図７】洗浄処理装置に搭載された洗浄ユニットを示す概略断面図。
【図８】本発明の一実施形態に基板処理方法が適用される、デュアルダマシン法による半導体装置の製造プロセスを示すフローチャート。
【図９】図８に示すフローの工程断面図。
【図１０】Ｌｏｗ−ｋ膜のダメージおよびシリル化による回復のを説明するための図。
【図１１】従来のデュアルダマシン法による溝配線の形成工程を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００９７】
２；処理ステーション
１１ａ・１１ｂ；シリル化ユニット（ＳＣＨ）
１２ａ〜１２ｄ；洗浄ユニット（ＣＮＵ）
１５ａ〜１５ｆ；変性処理ユニット（ＶＯＳ）
１００；処理部
１０１；ＳＯＤ装置
１０２；レジスト塗布／現像装置
１０３；露光装置
１０４；洗浄処理装置
１０５；エッチング装置
１０６；スパッタ装置
１０７；電解メッキ装置
１０９；ＣＭＰ装置
１１０；メイン制御部
１１１；プロセスコントローラ
１１２；ユーザーインターフェース
１１３；記憶部
Ｗ；ウエハ（基板）
１２０；層間絶縁膜
１２２；下部銅配線
１２３；ストッパ膜
１２４；層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）
１２４ａ：ビア
１２４ｂ；トレンチ
１２５；反射防止膜
１２６；レジスト膜
１２７；犠牲膜
１２８；レジスト膜
１２９，１３０；ダメージ部
【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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【図１１】
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