(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に配置された被処理体に対し，前記被処理体に形成された有機ポリシロキサン膜上のフォトレジスト膜をマスクとしてプラズマエッチング処理を施し，前記有機ポリシロキサン膜の一部が露出するパターンを形成した後に，前記フォトレジスト膜を除去するプラズマ処理方法であって：
前記処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）〜１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ）に設定する工程と；
前記圧力下で前記処理ガスをプラズマ化し，前記パターンが形成された前記被処理体の前記フォトレジスト膜を前記有機ポリシロキサン膜の誘電率の上昇を抑えつつ除去する工程と；を含み、
前記フォトレジスト膜を除去する工程は，前記プラズマエッチング処理を行った処理室と同一の処理室内で、前記プラズマエッチング処理時の処理圧力と被処理体の温度とを維持した状態で行われることを特徴とする，プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記処理室内の圧力は，５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）に設定されることを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，半導体装置の製造工程では，被処理体にプラズマエッチング処理に施し，例えば被処理体の層間絶縁膜に開口パターンを形成する技術が採用されている。当該処理では，層間絶縁膜上に形成されたフォトレジスト膜をマスクとして使用する。また，フォトレジスト膜は，一般的にエッチング処理後に除去する必要がある。そこで，処理済みの被処理体は，エッチング装置からアッシング装置の処理室内に搬送される。被処理体の搬入後，処理室内は，処理ガスの導入および真空引きにより，３００ｍＴｏｒｒ（４０．０Ｐａ）以上の圧力に維持される。
また，被処理体は，１５０℃以上の温度に加熱される。諸条件が整った後，処理室内の処理ガスをプラズマ化し，フォトレジスト膜をアッシングしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近，層間絶縁膜としては，従来から使用されているＳｉＯ２膜に代えて，低誘電率材料（以下，「Ｌｏｗ−Ｋ」という。）膜を採用し，半導体デバイスの動作を高速化させる技術が提案されている。しかしながら，Ｌｏｗ−Ｋ膜は，上記従来のアッシング方法のように高圧条件下で処理を行うと膜質が変化し，誘電率が高くなる。その結果，層間絶縁膜にＬｏｗ−Ｋ膜を採用しながらも，半導体デバイスの動作を速めることができないという問題点がある。
【０００４】
また，Ｌｏｗ−Ｋ膜は，一般的に水分を吸収しやすい性質を有している。さらに，エッチング処理によりＬｏｗ−Ｋ膜をパターニングすれば，Ｌｏｗ−Ｋ膜の一部が露出する。このため，上述したように，エッチング装置からアッシング装置への搬送時に被処理体を大気に曝すと，Ｌｏｗ−Ｋ膜が大気中の水分を吸湿し，Ｌｏｗ−Ｋ膜の誘電率が高くなるという問題点がある。
【０００５】
本発明は，従来の技術が有する上記問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の目的は，上記問題点およびその他の問題点を解決することが可能な，新規かつ改良されたプラズマ処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば，処理室内に配置された被処理体に対し，被処理体に形成された有機ポリシロキサン膜上のフォトレジスト膜をマスクとしてプラズマエッチング処理を施し，有機ポリシロキサン膜の一部が露出するパターンを形成した後に，フォトレジスト膜を除去するプラズマ処理方法であって，処理室内に処理ガスを導入し，処理室内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）〜１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ）に設定する工程と，該圧力下で処理ガスをプラズマ化し，パターンが形成された被処理体のフォトレジスト膜を除去する工程と，を含むことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【０００７】
本発明により処理が施される被処理体は，すでにエッチング処理が施され，少なくとも有機ポリシロキサン膜に形成されたパターンの開口部分が露出している。また，上記膜を構成する有機ポリシロキサンは，Ｓｉ原子にＣ原子およびＨ原子を含む有機官能基とＯ原子とが結合し，下記の化学式に示す構造を有している。
【０００８】
【化１】
0004523094.tif 000002
【０００９】
なお，上記化学式中Ｒで示す有機官能基は，メチル基，エチル基，プロピル基等のアルキル基およびそれらの誘導体や，フェニル基等のアリル基およびその誘導体である。有機官能基を構成するＣ原子は，有機ポリシロキサン膜上のフォトレジスト膜を従来の方法の如く高圧力条件で除去すると，Ｓｉ原子から引き抜かれる。このため，有機ポリシロキサンの分子構造が変化し，有機ポリシロキサン膜の特徴である低誘電率特性が失われてしまう。そこで，本発明によれば，アッシング処理を，Ｓｉ原子からＣ原子が引き抜かれない３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）〜１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ）の圧力条件下で行う。かかる構成により，アッシング処理後も，有機ポリシロキサンの分子構造を維持することができ，上記有機ポリシロキサン膜の低誘電率特性を確保することができる。その結果，例えば有機ポリシロキサン膜を層間絶縁膜に採用した場合には，半導体デバイスを高速動作させることができる。
【００１０】
さらに，処理室内の圧力を，例えば，５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）に設定することが好ましい。かかる圧力でアッシング処理を行えば，有機ポリシロキサン膜の膜質の変化をさらに抑制できる。
【００１１】
さらに，フォトレジスト膜を除去する工程を，例えば，プラズマエッチング処理を行った同一の処理室内で行うことが好ましい。かかる構成によれば，エッチング処理後，アッシング処理開始までに，被処理体が処理室外部に搬出されず，被処理体が大気中に曝されることがない。このため，露出した有機ポリシロキサン膜が大気中の水分を吸収せず，有機ポリシロキサン膜の誘電率の上昇を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら本発明にかかるプラズマ処理方法を，プラズマアッシング方法に適用した好適な実施の一形態について，詳細に説明する。
【００１３】
（１）プラズマ処理装置の構成
まず，図１を参照しながら，本発明を適用可能なプラズマ処理装置１００について概略する。なお，プラズマ処理装置１００は，後述の如くエッチング処理およびアッシング処理の両処理を行うことが可能に構成されている。プラズマ処理装置１００の処理室１０２は，気密な導電性の処理容器１０４内に形成されている。処理室１０２内には，導電性の下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６は，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗの載置台を兼ねている。また，下部電極１０６には，温度調整手段，例えばヒータ１０８が内装されており，ウェハＷの温度を調整可能に構成されている。ヒータ１０８には，ヒータ電源１１０が接続されている。ヒータ電源１１０は，ヒータ１０８に印加する電力を適宜調整し，ヒータ１０８で加熱されるウェハＷの温度を所定温度に維持する。
【００１４】
また，下部電極１０６の載置面には，静電チャック１１２が設けられている。
静電チャック１１２は，高圧直流電源１１４から高圧直流電圧を印加することにより，チャック面上に載置されたウェハＷを吸着保持する。また，下部電極１０６には，静電チャック１１２上に載置されたウェハＷの周囲を囲うように絶縁性のリング体１１６が設けられている。また，下部電極１０６の周囲には，絶縁部材１１８を介してバッフル板１２０が設けられている。
【００１５】
また，下部電極１０６には，昇降軸１２２が，導電部材１２４と絶縁部材１１８を介して接続されている。かかる構成により，下部電極１０６は，昇降軸１２２に接続された不図示の駆動機構の作動により昇降する。また，昇降軸１２２の周囲には，導電性の気密な伸縮部材から成るベローズ１２６と，導電性のベローズカバー１２８が配置されている。ベローズ１２６およびベローズカバー１２８は，両端が各々導電部材１２４と処理容器１０４底部に接続されている。また，下部電極１０６には，高周波電力を出力する高周波電源１３０が整合器１３２を介して接続されている。
【００１６】
また，処理室１０２内には，下部電極１０６の載置面と対向して上部電極１３４が配置されている。上部電極１３４は，処理容器１０４を介して接地されている。また，上部電極１３４には，多数のガス吐出孔１３４ａが形成されている。従って，処理室１０２内には，第１〜第４ガス供給源１３６，１３８，１４０，１４２内の各処理ガスが，第１〜第４ガス流量調整バルブ１４４，１４６，１４８，１５０，第１〜第４開閉バルブ１５２，１５４，１５６，１５８，ガス吐出孔１３４ａを介して適宜供給される。また，第１〜第４ガス流量調整バルブ１４４，１４６，１４８，１５０には，制御器１６０が接続されている。制御器１６０は，第１〜第４ガス流量調整バルブ１４４，１４６，１４８，１５０を制御し，処理室１０２内に導入される各処理ガスの流量を調整する。
【００１７】
また，処理室１０２内のガスは，真空ポンプＰ１６２により，排気量調整バルブ１６４，開閉バルブ１６８を介して排気される。また，排気量調整バルブ１６４には，上述した制御器１６０が接続されている。制御器１６０は，排気量調整バルブ１６４を制御し，処理室１０２内から排気されるガスの排気量を適宜調整する。かかる構成により，処理室１０２内は，制御器１６０が上述した第１〜第４ガス流量調整バルブ１４４，１４６，１４８，１５０と排気量調整バルブ１６４とを制御することにより，所定の圧力に維持される。また，処理室１０２側壁外部には，磁石１６８が設けられている。磁石１６８は，上部電極１３４と下部電極１０６との間に回転磁界を形成可能に構成されている。
【００１８】
（２）エッチング処理
次に，上述したプラズマ処理装置１００を用いて，本実施の形態にかかるアッシング処理工程の前に行われるエッチング処理工程について説明する。まず，下部電極１０６上にウェハＷを載置する。ウェハＷには，層間絶縁膜としての有機ポリシロキサン膜（図示せず。）が形成されている。該膜を構成する有機ポリシロキサンは，Ｌｏｗ−Ｋ材料の一つであり，下記の化学式に示すように，Ｓｉ原子にＯ原子とメチル基（ＣＨ３）が結合した構造を有している。
【００１９】
【化２】
0004523094.tif 000003
【００２０】
さらに，有機ポリシロキサン膜上には，マスクとしてのフォトレジスト膜（図示せず。）が形成されている。また，下部電極１０６上のウェハＷは，ヒータ１１０により，下部電極１０６を介して所定温度，例えば１５０℃未満，好ましくは１００℃の一定温度に維持される。
【００２１】
また，処理室１０２内には，第１〜第３ガス供給源１３６，１３８，１４０から各エッチング用ガス，例えばＣ４Ｆ８とＮ２とＡｒとを導入する。また，処理室１０２内のガスは，真空ポンプＰ１６２により排気する。この際，制御器１６０は，第１〜第３ガス流量調整バルブ１４４，１４６，１４８と排気量調整バルブ１６４を制御する。かかる制御により，処理室１０２内は，所定圧力，例えば３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）〜１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ），好ましくは５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ），より好ましくは４５ｍＴｏｒｒ（６．００Ｐａ）の一定圧力に維持される。
【００２２】
上記諸条件が整った後，下部電極１０６に高周波電源１３０から出力される所定周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。かかる電力の印加により，エッチング用ガスがプラズマ化し，ウェハＷにエッチング処理が施される。その結果，ウェハＷの有機ポリシロキサン膜に所定の開口パターンが形成される。また，有機ポリシロキサン膜にパターンを形成した後に，下部電極１０６への高周波電力の印加を停止し，エッチング処理を終了する。
【００２３】
（３）アッシング処理
次に，アッシング処理工程について説明する。本実施の形態は，上記処理済みのウェハＷに対し，エッチング処理を行った同一の処理室１０２内で，エッチング処理時と同一の処理室１０２内圧力およびウェハＷ温度を維持した状態でアッシング処理を行うことに特徴がある。すなわち，ウェハＷは，エッチング処理終了後も処理室１０２外部に搬出されることなく，下部電極１０６上に載置される。また，ウェハＷの温度もエッチング時と略同一の１５０℃未満，好ましくは１００℃に維持されている。
【００２４】
また，制御器１６０は，第１〜第３ガス流量調整バルブ１４４，１４６，１４８を制御し，処理室１０２内へのＣ４Ｆ８とＮ２とＡｒから成る混合ガスの供給を停止する。同時に，制御器１６０は，第４ガス流量調整バルブ１５０を制御し，第４ガス供給源１４２内からアッシング用ガス，例えばＯ２を処理室１０２内に導入する。さらに，制御器１６０は，第４ガス流量調整バルブ１５０と排気量調整バルブ１６４を制御して，処理室１０２内をエッチング処理時と略同一の３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）〜１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ），好ましくは５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ），より好ましくは４５ｍＴｏｒｒ（６．００Ｐａ）に維持する。
【００２５】
上記条件が整った後，下部電極１０６に高周波電源１３０から出力される所定周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。かかる電力の印加により，アッシング用ガスがプラズマ化し，ウェハＷのフォトレジスト膜が除去される。
【００２６】
本実施の形態によれば，アッシング処理時に，処理室１０２内の圧力を従来よりも低圧に設定する。さらに，ウェハＷの温度を，従来よりも低く設定する。かかる条件でアッシング処理を行うことにより，有機ポリシロキサン分子の終端を構成するメチル基が，Ｓｉ原子から分離することを抑制できる。このため，有機ポリシロキサン膜の膜質の変化を最小限に止めることができ，誘電率の上昇を抑えることができる。
【００２７】
また，かかる構成によれば，エッチング処理とアッシング処理とを同一の処理室１０２内で行う。このため，ウェハＷは，アッシング処理終了まで処理室１０２外部に搬出されず，大気中に曝されることがない。その結果，有機ポリシロキサン膜が大気中の水分を吸湿せず，メチル基が水酸基（ＯＨ基）などに置換されることを防止できる。その結果，有機ポリシロキサン膜の誘電率の上昇を，さらに抑制することができる。
【００２８】
（４）実施例
次に，本発明の実施例について説明する。まず，図２を参照しながら，処理時の処理室１０２内の圧力とウェハＷに形成された有機ポリシロキサン膜のダメージとの関係について説明する。本実施例は，処理室１０２内の圧力を変化させたこと以外は，上述した方法および条件でウェハＷに処理を施した。
【００２９】
その結果，図２に示す結果を得た。なお，図２は，未処理のウェハＷと５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜３００ｍＴｏｒｒ（４０．０Ｐａ）の各圧力条件下でエッチング処理およびアッシング処理を施した各ウェハＷについて，ウェハＷの中心からの距離と各ウェハＷの有機ポリシロキサン膜の屈折率との関係を示すものである。また，有機ポリシロキサン膜の屈折率は，未処理の有機ポリシロキサン膜の屈折率に近いほど膜質変化が少ないことを表す。
【００３０】
図２に示すように，有機ポリシロキサン膜の屈折率が，ウェハＷの全面で未処理の有機ポリシロキサン膜とほぼ同一だったのは，５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）および１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）の圧力条件で処理を行ったときであった。従って，本結果からは，アッシング処理を５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）を含む所定範囲内の圧力で行うことが好ましいことがわかる。かかる圧力の範囲内で処理を行えば，有機ポリシロキサン膜の損傷を最小限に止めながら，フォトレジスト膜を除去することができる。また，２００ｍＴｏｒｒ（２６．７Ｐａ）の圧力下では，有機ポリシロキサン膜のダメージが大きかった。従って，上記圧力範囲の上限圧力値は，１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）よりも大きく，２００ｍＴｏｒｒ（２６．７Ｐａ）未満，例えば１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ）にあると推測される。
【００３１】
次に，図３を参照しながら，処理時の処理室１０２内の圧力とフォトレジスト膜のアッシングレートとの関係について説明する。本実施例も，処理室１０２内の圧力を変化させたこと以外は，上述した方法および条件で処理を行った。その結果，図３に示す結果を得た。なお，図３は，処理室１０２内の圧力とフォトレジスト膜のアッシングレートとの関係を示すものである。
【００３２】
図３に示すように，処理室１０２内を３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）以上の各圧力に設定して処理を行った場合には，一般的に好ましいアッシングレートの最低値とされる７０００Å（７．０×１０−７ｍ）をいずれも上回った。従って，本結果からは，アッシング処理を３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）以上の圧力で行うことが好ましいことがわかる。また，図２および図３に示す結果によれば，アッシング処理は，３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）〜１５０ｍＴｏｒｒ（２０．０Ｐａ），好ましくは５０ｍＴｏｒｒ（６．６６Ｐａ）〜１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）の圧力下で行うことが好ましい。
【００３３】
以上，本発明の好適な実施の一形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例および修正例に想到し得るものであり，それら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３４】
例えば，上記実施の形態において，エッチング処理をアッシング処理とを同一の処理室内で行う構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，エッチング処理とアッシング処理とを個別独立したプラズマ処理装置の処理室内で行う場合にも本発明を適用することができる。
【００３５】
また，上記実施の形態において，エッチング処理とアッシング処理とを同一の圧力下で行う構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，少なくともアッシング処理時に上述した圧力条件に設定されていれば，本発明を実施することができる。
【００３６】
また，上記実施の形態において，平行平板型のプラズマ処理装置で処理を行う構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，誘導結合型プラズマ処理装置やマイクロ波型プラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば，被処理体に形成された有機ポリシロキサン膜の膜質の変化を最小限に止めながら，有機ポリシロキサン膜上のフォトレジスト膜を除去することができる。このため，アッシング処理に伴う有機ポリシロキサン膜の誘電率の上昇を抑えることが可能となり，該膜が有する低誘電率特性を十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なプラズマ処理装置を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための有機ポリシロキサン膜の屈折率とウェハの中心からの距離との関係を示す概略的な説明図である。
【図３】本発明の実施例を説明するためのフォトレジスト膜のアッシングレートと処理室内の圧力との関係を示す概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００      プラズマ処理装置
１０２      処理室
１０６      下部電極
１３０      高周波電源
１３４      上部電極
１３４ａ    ガス吐出孔
１３６，１３８，１４０，１４２      第１〜第４ガス供給源
１４４，１４６，１４８，１５０      第１〜第４ガス流量調整バルブ
１６０      制御器
１６２      真空ポンプ
１６４      排気量調整バルブ
Ｗ        ウェハ
【図１】
0004523094.tif 000004
【図２】
0004523094.tif 000005
【図３】
0004523094.tif 000006