(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に超音波振動を与えることにより、基板上に形成された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に対して改質処理を施す工程と、
前記改質処理を施された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に、エッチングマスク又はＣＭＰストッパーとして有機絶縁膜又は無機絶縁膜を形成する工程とを具備し、
前記多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜として疎水化処理を施した無機膜を使用することを特徴とする膜形成方法。
【請求項２】
紫外線照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、
前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとして無機膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする膜形成方法。
【請求項３】
Ｎ２Ｈ２ガスのプラズマ照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、
前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとして無機膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする膜形成方法。
【請求項４】
基板上に絶縁膜を塗布する塗布部と、
前記基板に超音波振動を与える手段を有し、前記塗布部で塗布された絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、
前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部と
を具備することを特徴とする膜形成装置。
【請求項５】
基板上に有機絶縁膜を塗布する塗布部と、
前記基板の表面にＮ２Ｈ２ガスのプラズマを照射する手段を有し、前記塗布部で塗布された有機絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、
前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部と
を具備することを特徴とする膜形成装置。
【請求項６】
基板を保持し回転させる手段と、
前記回転手段により基板を回転させながら該基板上に絶縁膜材料を供給する供給手段と、
前記回転手段により基板を回転させながら、前記供給手段により基板上に供給された絶縁膜の表面にプラズマを照射する手段と
を具備することを特徴とする膜形成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の膜形成装置において、
前記プラズマを照射する手段はＩＣＰを用いたプラズマ発生装置であることを特徴とする膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程における半導体ウェハ基板に層間絶縁膜等を形成する膜形成方法及び膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、例えばＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）システムにより層間絶縁膜を形成している。このＳＯＤシステムでは、ウェハ上に塗布膜をスピンコートし、化学的処理または加熱処理等を施して層間絶縁膜を形成している。
【０００３】
例えばゾル−ゲル方法により層間絶縁膜を形成する場合には、まず半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と呼ぶ。）上に絶縁膜材料を有機溶媒に分散又は溶解させた溶液を供給する。次に、溶液が供給されたウェハを例えば加熱処理等によりゲル化処理している。
【０００４】
ところで、近年の多層配線構造を有する半導体の製造工程において、層間絶縁膜の材料としては酸化シリコン（ＳｉＯ２）、また配線の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）等の使用が一般的である。
【０００５】
しかし、消費電力の削減のために配線材料として導電率の高い銅（Ｃｕ）の使用、また低誘電率化を図るために層間絶縁膜として例えば有機系絶縁膜（ＣｍＨｎ系）、無機膜、疎水化処理を施した無機膜、ＳｉＯＦ膜等の使用が主流となりつつある。
【０００６】
この場合、Ｃｕ膜上にＣｕの拡散防止のため例えば無機系の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成し、その上に上記有機膜、無機膜、疎水化処理を施した無機膜、ＳｉＯＦ膜等の層間絶縁膜を形成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低誘電率絶縁膜とエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとしての絶縁膜との接着性は悪く、ＣＭＰ処理時に膜相互が剥離してしまうという問題があった。また、無機系の膜と有機系の膜との接着性の問題もあるがこれだけではなく、層間絶縁膜製造工程においては、有機系絶縁膜とこれと同じ有機系であるレジスト膜との接着性が低いことも問題である。
【０００８】
そこで最近では、当該膜相互間にＳｉ−Ｏ系の接着層を形成し、化学的結合力を利用して接着性を向上させる方法が採られているが、かかる化学的結合力を利用する方法は接着層が極めて薄いため、結合力が弱く飛躍的に接着力を向上させることはできない。また、化学的結合力を高めるために接着層を厚くすると誘電率が高くなってしまうという不具合があり、このような誘電率の高い接着層を厚くすることは現在のような多層の層間絶縁膜製造工程の観点から妥当ではない。
【０００９】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、低誘電率の層間絶縁膜等の膜相互間、あるいは層間絶縁膜と他の隣接する膜相互間の接着性を向上させる膜形成方法及び膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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の観点に係る膜形成方法は、基板に超音波振動を与えることにより、基板上に形成された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に対して改質処理を施す工程と、前記改質処理を施された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に、エッチングマスク又はＣＭＰストッパーとして有機絶縁膜又は無機絶縁膜を形成する工程とを具備し、前記多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜として疎水化処理を施した無機膜を使用する。
【００１１】
本発明では、例えば、有機膜、無機膜、疎水化処理を施した無機膜、ＳｉＯＦ膜等の低誘電率絶縁膜に対して改質処理を行うことにより、例えばプラズマ照射する場合には、有機膜、無機膜、疎水化処理を施した無機膜の表面粗さが増加し、いわゆるアンカー効果によりこれらの膜の上層として形成される絶縁膜との接着性を向上させることができる。また、ＳｉＯＦ膜に対しては膜表面のフッ素濃度が減少させることができ、上層として形成される有機系の低誘電率絶縁膜のとの接着性を向上させることができる。
【００１２】
一方、改質処理として例えば超音波振動を与える場合には、膜の表面粗さが増加し、いわゆるアンカー効果により低誘電率絶縁膜の上層として形成される絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の第２の観点に係る膜形成方法は、紫外線照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとして無機膜を形成する工程とを具備する。
【００１６】
本発明では、前記改質処理を例えば紫外線照射により行い、有機膜を酸化させ親水性とすることにより、この有機膜と、この膜上に形成されるエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとしての無機膜等の膜との接着性を向上させることができる。有機膜はもともとＯＨ基による極性がないため、酸化させることで極性を持たせ親水性とし接着性を向上させることができる。
本発明の第３の観点に係る膜形成方法は、Ｎ２Ｈ２ガスのプラズマ照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとして無機膜を形成する工程とを具備することを特徴とする。
このように前記表面改質は、Ｎ２Ｈ２ガスのプラズマ照射により行うようにしても、上層と下層の絶縁膜の接着性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の第１の観点に係る膜形成装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布部と、前記基板に超音波振動を与える手段を有し、前記塗布部で塗布された絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部とを具備する。
【００１８】
本発明では、基板上に絶縁膜を塗布する塗布部と、基板に超音波振動を与える手段を有し絶縁膜の表面を改質するための改質処理部との間を搬送部により基板を搬送するようにしたので、これら塗布部、改質処理部及び搬送部とに隣接させて、例えば加熱等の処理部を設けた場合、これら塗布処理、加熱等の処理及び表面改質処理とを連続的に行うことができ、スループットを向上させることができる。
本発明の第２の観点に係る膜形成装置は、基板上に有機絶縁膜を塗布する塗布部と、前記基板の表面にＮ２Ｈ２ガスのプラズマを照射する手段を有し、前記塗布部で塗布された有機絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部とを具備することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の観点に係る膜形成装置は、基板を保持し回転させる手段と、前記回転手段により基板を回転させながら該基板上に絶縁膜を供給する供給手段と、前記回転手段により基板を回転させながら、前記供給手段により供給された絶縁膜にプラズマを照射する手段とを具備する。
本発明の一の形態によれば、プラズマを照射する手段はＩＣＰを用いたプラズマ発生装置であることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、基板上に絶縁膜を供給する供給手段と、プラズマを照射する手段とを同一のチャンバ内に設けることにより、処理スペースの削減が図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２４】
図１〜図３は本発明の第１の実施形態に係るＳＯＤシステムの全体構成を示す図であって、図１は平面図、図２は正面図および図３は背面図である。
【００２５】
このＳＯＤシステム１は、基板としての半導体ウェハ（以下、ウェハと呼ぶ。）ＷをウェハカセットＣＲで複数枚たとえば２５枚単位で外部からシステムに搬入しまたはシステムから搬出したり、ウェハカセットＣＲに対してウェハＷを搬入・搬出したりするためのカセットブロック１０と、ＳＯＤ塗布工程の中で１枚ずつウェハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ステーションを所定位置に多段配置してなる処理ブロック１１と、エージング工程にて必要とされるアンモニア水のボトル、バブラー、ドレインボトル等が設置されたキャビネット１２とを一体に接続した構成を有している。
【００２６】
カセットブロック１０では、図１に示すように、カセット載置台２０上の突起２０ａの位置に複数個たとえば４個までのウェハカセットＣＲがそれぞれのウェハ出入口を処理ブロック１１側に向けてＸ方向一列に載置され、カセット配列方向（Ｘ方向）およびウェハカセットＣＲ内に収納されたウェハのウェハ配列方向（Ｚ垂直方向）に移動可能なウェハ搬送体２１が各ウェハカセットＣＲに選択的にアクセスするようになっている。さらに、このウェハ搬送体２１は、θ方向に回転可能に構成されており、後述するように処理ブロック１１側の第３の組Ｇ３の多段ステーション部に属する受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）にもアクセスできるようになっている。
【００２７】
処理ブロック１１では、図１に示すように、中心部に垂直搬送型の主ウェハ搬送機構２２が設けられ、その周りに全ての処理ステーションが１組または複数の組に亙って多段に配置されている。この例では、４組Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３,Ｇ４の多段配置構成であり、第１および第２の組Ｇ１,Ｇ２の多段ステーションはシステム正面（図１において手前）側に並置され、第３の組Ｇ３の多段ステーションはカセットブロック１０に隣接して配置され、第４の組Ｇ４の多段ステーションはキャビネット１２に隣接して配置されている。
【００２８】
図２に示すように、第１の組Ｇ１では、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せて絶縁膜材料を供給し、ウェハを回転させることによりウェハ上に均一な絶縁膜を塗布するＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）と、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せてＨＭＤＳ及びヘプタン等のエクスチェンジ用薬液を供給し、ウェハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を乾燥工程前に他の溶媒に置き換える処理を行うソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）とが下から順に２段に重ねられている。
【００２９】
第２の組Ｇ２では、ＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）が上段に配置されている。なお、必要に応じて第２の組Ｇ２の下段にＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）やソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）等を配置することも可能である。
【００３０】
図３に示すように、第３の組Ｇ３では、２個の低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）と、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）と、２個の冷却処理ステーション（ＣＰＬ）と、受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）と、冷却処理ステーション（ＣＰＬ）とが上から順に多段に配置されている。低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）はウェハＷが載置される熱板を有し、ウェハＷを低温加熱処理する。冷却処理ステーション（ＣＰＬ）はウェハＷが載置される冷却板を有し、ウェハＷを冷却処理する。受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）は下段にウェハＷを冷却する冷却板、上段に受け渡し台を有する２段構造とされ、カセットブロック１０と処理ブロック１１との間でウェハＷの受け渡しを行う。
【００３１】
第４の組Ｇ４では、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）が２個、エージング処理ステーション（ＤＡＣ）、表面改質処理ステーション５０が上から順に多段に配置されている。低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）は密閉化可能な処理室内に熱板と冷却板とを隣接するように有し、Ｎ２置換された低酸素雰囲気中で高温加熱処理すると共に加熱処理されたウェハＷを冷却処理する。エージング処理ステーション（ＤＡＣ）は密閉化可能な処理室内にＮＨ３＋Ｈ２Ｏを導入してウェハＷをエージング処理し、ウェハＷ上の絶縁膜材料膜をウェットゲル化する。表面改質処理ステーション５０については後述する。
【００３２】
図３を参照して、主ウェハ搬送機構２２は筒状支持体２７の内側に、上下方向（Ｚ方向）に昇降自在なウェハ搬送装置３０を装備している。筒状支持体２７は図示しないモータの回転軸に接続されており、このモータの回転駆動力によって、前記回転軸を中心としてウェハ搬送装置３０と一体に回転する。従って、ウェハ搬送装置３０はθ方向に回転自在となっている。このウェハ搬送装置３０の搬送基台４０上にはアーム３１が例えば３本備えられており、これらのアーム３１は主ウェハ搬送機構２２の周囲に配置された処理ステーションにアクセスしてこれら処理ステーションとの間でウェハＷの受け渡しを行う。
【００３３】
図４及び図５は、上記ＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）を示す断面図及び平面図である。このＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）の中央部には廃液管５３を有する環状のカップＣΡが配設され、カップＣΡの内側には、基板を水平に保持する保持台としてのスピンチャック５２が配置されている。スピンチャック５２は真空吸着によってウェハＷを固定保持した状態で駆動モータ５４によって回転駆動される。駆動モータ５４は、ユニット底板５１に設けられた開口５１ａに昇降移動可能に配置され、例えばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５８を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動手段６０および昇降ガイド手段６２と結合されている。
【００３４】
ウェハＷの表面に層間絶縁膜材料を吐出するノズル７７には図示しない絶縁膜材料の供給源から延びた供給管８３が接続されている。このノズル７７はノズルスキャンアーム７６の先端部にノズル保持体７２を介して着脱可能に取り付けられている。このノズルスキャンアーム７６は、ユニット底板５１の上に一方向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール７４上で水平移動可能な垂直支持部材７５の上端部に取り付けられており、図示しないＹ方向駆動機構によって垂直支持部材７５と一体にＹ方向に移動するようになっている。
【００３５】
図６は、本発明に係る表面改質処理ステーション５０の断面図である。この表面改質処理ステーション５０はチャンバ３６内に一対の電極板３４，３５が配置されており、上部電極３５には高周波（ＲＦ）電源４１が接続され、下部電極３４は接地されている。上部電極は昇降モータ４３により昇降可能構成されており、下部電極３４とのギャップを可変とすることができる。下部電極３４の下部には、基板を支持する例えば３本の支持ピン３７が昇降駆動モータ４２により昇降可能に配置されている。チャンバ３６には、ガス供給源３２からのガスをチャンバ３６内に供給するための供給口３８が設けられており、また、チャンバ３６の下部には、チャンバ３６内部を真空にする真空ポンプ３３が設けられている。チャンバ３６の側面には、主ウェハ搬送機構２２のアーム３１との間で基板の受け渡しを行うための開口部３６ａが形成されており、この開口部３６ａはシャッタ部材３９により開閉可能に構成されている。この表面改質処理ステーション５０は、いわゆる平行平板型のプラズマ発生装置であり、このプラズマにより塗布膜の表面改質が行われる。
【００３６】
次に以上のように構成されたこのＳＯＤシステム１の処理工程について、図７及び図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００３７】
例えば、ＰＶＤやＣＶＤ等の装置によりＣｕ配線膜やＳｉＮ等の保護膜が形成されたウェハが、カセットブロック１０において、ウェハカセットＣＲからウェハ搬送体２１を介して処理ブロック１１側の第３の組Ｇ３に属する受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における受け渡し台へ搬送される。
【００３８】
受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における受け渡し台に搬送されたウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介して冷却処理ステーション（ＣＰＬ）へ搬送される。そして冷却処理ステーション（ＣＰＬ）において、ウェハＷはＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）における処理に適合する温度まで冷却される（ステップ１）。
【００３９】
冷却処理ステーション（ＣＰＬ）で冷却処理されたウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介して表面改質処理ステーション５０へ搬送される。ここで図８（ａ）に示すように、Ｃｕ膜４４に堆積し、疎水化処理が施された無機膜としてのＳｉＮ膜４５のＡｒプラズマによる表面改質処理が行われる（ステップ２）。
【００４０】
表面改質処理ステーション５０で改質処理されたウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介してＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）へ搬送される。そしてＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）において、ノズル７７がノズルスキャンアーム７６によりウェハＷの中心上に移動し絶縁膜材料が供給される。そしてウェハＷが高速回転することによりウェハＷ表面全体に絶縁膜材料が拡散される（ステップ３）。ここで塗布される絶縁膜材料は、例えばＳｉＯｘ（ＣＨ３）Ｙ等の比誘電率が例えば３．０以下の低誘電率層間絶縁膜４６（図８（ｂ）参照）である。この他にも、例えばＳＩＬＫ等の絶縁膜も使用している。また、疎水化処理を施した無機膜を使用することも可能である。
【００４１】
ＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）で層間絶縁膜の塗布処理が行われたウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介してエージング処理ステーション（ＤＡＣ）へ搬送される。そしてエージング処理ステーション（ＤＡＣ）において、ウェハＷは処理室内にＮＨ３＋Ｈ２Ｏを導入してウェハＷをエージング処理し、ウェハＷ上の絶縁材料膜をゲル化する（ステップ４）。
【００４２】
エージング処理ステーション（ＤＡＣ）でエージング処理されたウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介してソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）へ搬送される。そしてソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）において、ウェハＷはエクスチェンジ用薬液が供給され、ウェハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える処理が行われる（ステップ５）。
【００４３】
ソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）で置換処理が行われたウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介して低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）へ搬送される。そして低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）において、ウェハＷは低温加熱処理され脱水処理される（ステップ６）。
【００４４】
低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）で低温加熱処理されたウェハＷは、主ウェハ搬送機構２２を介して低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）において、ウェハＷは低酸素雰囲気中で熱硬化処理（キュア処理）され、冷却処理される（ステップ７）。
【００４５】
低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）で処理されたウェハＷは、表面改質処理ステーション５０へ搬送され、ここで図８（ｃ）に示すように、Ａｒプラズマによる低誘電率層間絶縁膜４６の表面改質処理が行われる（ステップ８）。
【００４６】
そしてウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介して冷却処理ステーション（ＣＰＬ）へ搬送される。そして冷却プレートにおいて、ウェハＷは冷却処理される（ステップ９）。
【００４７】
この後は、図８（ｄ）に示すように、低誘電率層間絶縁膜４６上にエッチングマスク又はＣＭＰストッパーとしての絶縁膜４７が形成される（ステップ１０）。
【００４８】
そしてウェハＷは主ウェハ搬送機構２２を介して受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）へ搬送され、冷却板でウェハＷは冷却処理され（ステップ１１）、その後、ウェハＷはカセットブロック１０においてウェハ搬送体２１を介してウェハカセットＣＲへ搬送される。
【００４９】
ここで本発明に係るプラズマ処理の実験結果について説明する。図９に、例えばプラズマ処理を行わなかった場合及びプラズマ処理を行った場合の無機系ＳｉＯＦ膜の表面粗さ（Ｒａ）、表面フッ素Ｆ濃度（atomic％）の測定結果を示す。プラズマの処理条件は、以下の通りである。
ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力    ２０００Ｗ
ガス種                          アルゴン
電極板ギャップ                  ５ｍｍ
なお、表面粗さＲａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定し、Ｆ濃度はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定した。
【００５０】
プラズマ処理を行わなかった場合のＲａは１．３８７オングストローム、Ｆ濃度は５．６％であり、この後に塗布した有機メチル系層間絶縁膜に剥がれが生じた。これに比べ、プラズマを２０秒間照射した場合のＲａは１．０３７オングストローム、Ｆ濃度は２．４％、４０秒間照射の場合は更に低くＲａは０．９８９オングストローム、Ｆ濃度は２．１％であり、この後に塗布した有機メチル系層間絶縁膜に剥がれは生じなかった。この実験から、無機系の膜にプラズマを長時間照射するほど膜の表面は平坦化されたにも関わらず、Ｆ濃度の減少により無機系絶縁膜と有機系絶縁膜との接着性が増すことがわかった。
【００５１】
図１０は、プラズマ処理を行わなかった場合及びプラズマ処理を行った場合の有機系層間絶縁膜の表面粗さ（Ｒａ）の測定結果を示す。プラズマの処理条件は、以下の通りである。
ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力    ４２００Ｗ
ガス種                          アルゴン
ガス圧                          ６６００Ｐａ
電極板ギャップ                  １ｍｍ
なお、表面粗さＲａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定した。
【００５２】
プラズマ処理を行わなかった場合のＲａは３．２１４オングストロームであって、この後に塗布した無機系絶縁膜ＳｉＯ２にテープ剥離試験によって剥がれが生じた。これに比べ、プラズマを２０秒間照射した場合は４．８４０オングストローム、２０秒間照射した場合は１０．６９オングストロームであって、この後に塗布した無機系絶縁膜ＳｉＯ２に剥がれは生じなかった。この実験により有機系絶縁膜表面にプラズマ処理を長時間行うほどＲａが増加することがわかった。すなわち膜表面に凹凸を形成させるいわゆるアンカー効果（投錨効果）により接着性が増すことがわかった。
【００５３】
以上述べたように、無機系の層間絶縁膜、特に低誘電率化を達成するために使用されるＳｉＯＦに対してプラズマ処理を行うことにより、膜表面のフッ素濃度が減少し、このＳｉＯＦ膜の上層として形成される層間絶縁膜のとの接着性を向上させることができる。また、有機系の層間絶縁膜に対してプラズマ処理を行うことで、アンカー効果により上層として形成される層間絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【００５４】
更に、本実施形態によれば、層間絶縁膜材料を塗布し、加熱キュア処理するＳＯＤシステム内に、表面改質処理ステーションを組み込んだことにより、処理スペースの削減が図れ、また、本ＳＯＤシステムにおけるスループットを向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、絶縁膜に紫外線を照射することによっても、膜表面が酸化し、親水性構造を得ることができるため、上層として形成される絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【００５６】
図１１は本発明の第２の実施形態に係るＳＯＤシステムを示す正面図である。本実施形態では、塗布系のステーションである第２の組Ｇ２の下段に、層間絶縁膜表面の改質処理を行う表面改質処理ステーション７０が配設されている。図１２はこの表面改質処理ステーション７０の断面図である。なお、図１１及び図１２において上記第１の実施形態に対応する構成については同一の符号を付すものとする。
【００５７】
チャンバ３６内には、一対の電極板３４，３５が配置されており、上部電極３５には高周波（ＲＦ）電源４１が接続され、下部電極３４は接地されている。上部電極は昇降モータ４３により昇降可能構成されており、下部電極３４とのギャップを可変とすることができる。下部電極３４の下部には、ウェハＷを保持するスピンチャック５２をシリンダ機構により昇降させ、かつモータ機構により回転させる駆動モータ４８が設けられている。下部電極３４には開口３４ａが形成されており、これにより、下部電極３４の開口３４ａからスピンチャック５２が出没可能になっている。チャンバ３６には、ガス供給源３２から例えばアルゴンガスをチャンバ３６内に供給するための供給口３８が設けられている。また、チャンバ３６の下部には、チャンバ３６内部を真空にする真空ポンプ３３が設けられている。また、チャンバ３６の側面には、主ウェハ搬送機構２２のアーム３１との間で基板の受け渡しを行うための開口部３６ａが形成されており、この開口部３６ａはシャッタ部材３９により開閉可能に構成されている。
【００５８】
以上のような構成の表面改質処理ステーション７０では、ウェハＷを回転させながら、ウェハＷにプラズマを照射する。これによりウェハＷ表面に均一にプラズマを拡散させることができる。
【００５９】
また、本実施形態ではチャンバ３６内を減圧した状態でプラズマの照射を行うだけでなく、常圧下でプラズマ照射を行うようにしてもよい。これにより処理コストを削減できる。
【００６０】
なお、本実施形態の処理フローとしては、図７に示すステップ２及びステップ８において、この表面改質処理ステーション７０での表面改質処理を適用する。
【００６１】
図１３及び図１４は、他の実施形態に係る表面改質処理ステーションを示す平面図及び断面図である。なお、図１３及び図１４において図４、図５及び図１２における構成要素と同一のものについては同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の表面改質処理ステーション９０においては、ウェハＷ上を案内レール９３に沿ってＹ方向に移動する高密度プラズマ発生装置９２が取り付けられている。この高密度プラズマ発生装置９２は、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を使用した高密度のプラズマ発生装置である。また、アーム３１との間でウェハＷの受け渡しを行うための開口部９８には、シャッタ部材９４が設けられており、内部を密閉できるようになっている。
【００６３】
このような構成の表面改質処理ステーション９０では、ウェハＷをスピンチャック５２により回転させながら層間絶縁膜を塗布した後、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）による加熱処理、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）による処理を行った後に、再びこの表面改質処理ステーション９０において表面改質処理を行う。この表面改質処理は、案内レールに沿って高密度プラズマ発生装置９２がウェハＷの中心上に移動し、ウェハＷをスピンチャック５２により回転させながらトーチ状のプラズマ９１をウェハＷ中心に照射する。
【００６４】
これにより、ウェハＷ表面に均一にプラズマを拡散させることができ、プラズマの照射対象が有機系絶縁膜ならば、図１５に示すように、絶縁膜表面５９の粗さが増加し、アンカー効果が得られる。これにより、次に塗布される層間絶縁膜との接着性を向上させることができる。また、プラズマの照射対象がＳｉＯＦならばフッ素濃度を減少させることにより次に塗布される層間絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施形態の表面改質処理は常圧下で行うことにより、減圧下で処理する場合に比べ処理コストを削減できる。
【００６６】
更に、この１つの表面改質処理ステーション９０で絶縁膜の塗布処理及び絶縁膜の表面改質処理を行うことができ、処理スペースの効率化が図られる。
【００６７】
図１６は、別の実施形態に係る表面改質処理装置を示す断面図である。この表面改質処理装置１００において、ウェハＷを載置させる載置台８８上に蓋体８６が昇降可能に配置されており、この蓋体８６が下降することにより、密閉空間Ｒが形成されるようになっている。蓋体８６にはプラズマ発生源８１からのプラズマを密閉空間Ｒに導入させる導入路８９が設けられており、この表面改質処理装置１００は、いわゆるリモートプラズマ型のプラズマ発生装置とされている。このプラズマに使用されるガスとしては、上記実施形態と同様にＡｒを使用してもよいが、Ｎ２Ｈ２でも適用可能である。また、エアーやＮ２であっても構わない。導入路８９にはオゾナイザー８２が接続されており、上記プラズマとともにこのオゾナイザー８２から発生するオゾンをも密閉空間Ｒ内に導入できるようになっている。なお、密閉空間Ｒは真空ポンプ８４により、数Ｔｏｒｒ（数百Ｐａ）の圧力に設定可能とされている。
【００６８】
載置台８８の下部には例えば３本のピン８５が昇降可能に設けられており、例えば上記搬送装置３０との間でウェハＷの受け渡しができるようになっている。また、蓋体８６の内側の上部には、例えば複数の紫外線ランプ８７が配置されている。この紫外線としては、例えばエキシマによる１７２ｎｍの波長を有する紫外線を用いている。また、蓋体８６には、この蓋体８６を昇降させるエアシリンダ６６が設けられており、ウェハＷの受け渡しの際に蓋体８６が昇降するようになっている。
【００６９】
この表面改質処理装置１００では、ウェハＷが載置台８８に載置されると、先ず、プラズマ照射及びオゾナイザー８２からのオゾンの供給によりウェハＷの表面に形成された絶縁膜の表面改質処理が行われる。この後、更に紫外線ランプ８７による紫外線照射によって絶縁膜の表面が酸化される。この一体的に設けられたプラズマ発生源８１及び紫外線ランプ８７により、プラズマによるアンカー効果及び紫外線による酸化の両者の相乗効果により、この絶縁膜と、これの上層に形成されるＣＭＰストッパー又はエッチングストッパーとの接着性を効果的に高めることができる。ここで、表面改質の対象となる絶縁膜が例えばＳＩＬＫ等の有機膜である場合には、紫外線照射による酸化により絶縁膜表面の濡れ性が向上する、すなわち親水性となるため、特に接着性の向上が図れる。詳しくは、有機膜はもともとＯＨ基による極性がないため、酸化させることで極性を持たせ親水性とし接着性を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施形態で使用する紫外線の波長の１７２ｎｍで短波長でありエネルギーが強いため、かつオゾナイザーからのオゾンの供給により、絶縁膜の有機物を効果的に除去することができ、これにより、接着性が向上する。
【００７１】
図１７は、図１６に示した表面改質処理装置の変形例である。この表面改質処理装置１１０は、処理室６９内に、図１６に示す表面改質処理装置１００と同様の装置が配置されている。この表面改質処理装置１１０には、処理室６９へのウェハ搬入出口６８が設けられており、この搬入出口６８より例えばウェハ搬送装置３０がウェハＷを載置させて搬入出できるようになっている。この搬入出口６８の近傍には、紫外線ランプ８７が取り付けられている。なお、この表面改質処理装置１１０には、上記オゾナイザー８２は設けられていないが、この表面改質処理装置１１０にも図１６に示すように導入路８９にオゾナイザー８２を設けるようにしてももちろん構わない。
【００７２】
このように構成された表面改質処理装置１１０では、先ず、ウェハＷが載置台８８上に載置され、密閉空間Ｒが形成された後プラズマが照射されて絶縁膜の表面改質処理が行われる。この表面改質処理が終了すると、蓋体８６が上昇し、ウェハ搬送装置３０によりウェハＷがプレート８８から取り出される。この取り出される際、紫外線ランプ８７から紫外線がウェハＷに向けて照射される。この場合、ウェハＷは図中左側へ移動しているので、紫外線はウェハＷの全面に照射されることになる。
【００７３】
このような表面改質処理装置１１０によっても上記表面改質処理装置１００と同様の効果を奏するとともに、ウェハＷの搬送途中において紫外線照射を行っているため、効率的に処理を行うことができ、スループットの向上及び紫外線ランプ８７の削減を達成することができる。
【００７４】
図１８は、更に別の実施形態に係る表面改質処理ステーションを示す断面図である。この表面改質処理ステーション８０は、本実施形態では、カップＣＰ内に、ウェハＷを保持するスピンチャック５２が配設され、このスピンチャック５２は、駆動モータ４８により回転可能、昇降可能に構成されている。スピンチャックのロッド部６７には、上下方向に２つのフランジ部６５及び６６が超音波振動子６４を挟んで設けられている。この超音波振動子６４は複数あっても構わない。この超音波振動子６４はＺ方向に超音波振動するようになっており、この超音波によるＺ方向の微小振動はフランジ部６５及び６６、ロッド部６７、スピンチャック５２を介してウェハＷに伝達されるようになっている。
【００７５】
また、この表面改質処理ステーション８０には、有機系又は無機系の層間絶縁膜材料をウェハＷ上供給するノズル７７が設けられており、この供給機構については上述したＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）における層間絶縁膜材料の供給機構と同一の構成であるので、その説明を省略する。
【００７６】
このような構成によれば、例えば、この表面改質処理ステーション８０においてウェハＷをスピンチャック５２により回転させながら層間絶縁膜を塗布した後、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）による加熱処理、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）による処理を行った後に、再びこの表面改質処理ステーション８０において表面改質処理を行う。この表面改質処理は、超音波振動子６４による超音波振動がウェハＷ上に形成された層間絶縁膜に伝えることで絶縁膜表面の粗さが増加し、アンカー効果が得られる。これにより、次に塗布される層間絶縁膜の接着性を向上させることができる。
【００７７】
この１つの表面改質処理ステーション８０で絶縁膜の塗布処理及び絶縁膜の表面改質処理を行うことができ、処理スペースの効率化が図られる。
【００７８】
なお、本発明は以上説明した実施形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７９】
例えば、上記各実施形態では層間絶縁膜として、ＳｉＯＦ、ＳｉＯｘ（ＣＨ３）Ｙ等を使用したが、低誘電率（比誘電率３．０以下）が得られるものであれば他の絶縁膜であっても本発明は適用可能である。
【００８０】
例えば、上記第１の実施形態における平行平板型の表面改質処理ステーション５０による改質処理は減圧下で行っていたが、常圧で行うことももちろん可能である。
【００８１】
更に、上記各実施形態では、半導体ウェハを処理するシステムについて説明したが、これに限らず、液晶ディスプレイ等に使用されるガラス基板を処理するシステムについても本発明は適用可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機系絶縁膜と無機系層間絶縁膜、疎水化処理を施した無機膜、ＳｉＯＦ膜等を問わず、膜相互間、あるいは層間絶縁膜と他の隣接する膜相互間の接着性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＳＯＤシステムの平面図である。
【図２】図１に示すＳＯＤシステムの正面図である。
【図３】図１に示すＳＯＤシステムの背面図である。
【図４】一実施形態に係るＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）の平面図である。
【図５】図４に示すのＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）断面図である。
【図６】一実施形態に係る表面改質処理ステーションの断面図である。
【図７】図１に示すＳＯＤシステムの処理フローを示す図である。
【図８】図７に示す各処理工程において形成される層間絶縁膜の断面図である。
【図９】図７におけるステップ２で改質処理された無機系層間絶縁膜表面のＲａ値及びフッ素濃度の実験結果である。
【図１０】図７におけるステップ８で改質処理された有機系層間絶縁膜表面のＲａ値の実験結果である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るＳＯＤシステムの平面図である。
【図１２】図１１に示す表面改質処理ステーションの断面図である。
【図１３】他の実施形態に係る表面改質処理ステーションの平面図である。
【図１４】図１３に示す表面改質処理ステーションの断面図である。
【図１５】図１３及び図１４に示す表面改質処理ステーションで改質処理された層間絶縁膜の断面図である。
【図１６】別の実施形態に係る表面改質処理装置の断面図である。
【図１７】図１６に示した表面改質処理装置の変形例を示す断面図である。
【図１８】更に別の実施形態に係る表面改質処理ステーションの断面図である。
【符号の説明】
Ｗ…半導体ウェハ
１…ＳＯＤシステム
２２…主ウェハ搬送機構
３０…ウェハ搬送装置
３２…ガス供給源
３３…真空ポンプ
３４…下部電極
３５…上部電極
３６…チャンバ
４１…高周波電源
４２…昇降駆動モータ
４５…ＳｉＮ膜
４６…有機系層間絶縁膜
４８…駆動モータ
５２…スピンチャック
６４…超音波振動子
８１…プラズマ発生源
８７…紫外線ランプ
９２…高密度プラズマ発生装置
９３…案内レール
９４…シャッタ部材
９８…開口部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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