JP2004214388A - Method for substrate treatment - Google Patents

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JP2004214388A
JP2004214388A JP2002381707A JP2002381707A JP2004214388A JP 2004214388 A JP2004214388 A JP 2004214388A JP 2002381707 A JP2002381707 A JP 2002381707A JP 2002381707 A JP2002381707 A JP 2002381707A JP 2004214388 A JP2004214388 A JP 2004214388A
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Inventor
Takayuki Toshima
孝之 戸島
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
東京エレクトロン株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for substrate treatment by which a sacrificial film used in the forming process of a groove wiring element is easily removed. <P>SOLUTION: On the surface of an insulating film 64 formed on a wafer W, the sacrificial film 67 is formed so as to cover a via hole 64a formed on the insulation film 64. Next, on the surface of the sacrificial film 67, a resist film 68 provided with a circuit pattern having a groove wider than the width of the via hole 64a on the via hole 64a is formed. Continually, the sacrificial film 67 and the insulating film 64 are etched to expand the width of the via hole 64a to form a trench 64b. After a wafer W is treated with treatment gas containing steam and ozone to denature the sacrificial film 67, the wafer W is treated with a prescribed chemical fluid to remove the denatured sacrificial film 67 from the wafer W. Thus, the groove wiring element of dual damascene structure is formed at the insulating film 64. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハやLCDガラス基板等の基板を処理する基板処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスの製造工程においては、フォトリソグラフィー技術を利用したシングルダマシン法やデュアルダマシン法を用いて、半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)に多層配線回路を形成している。図10は、デュアルダマシン法による多層配線の形成工程の一例を示す説明図である。絶縁膜94を備えたウエハ(ウエハは図示せず)の表面に反射防止膜(BARC;Bottom Anti−Reflective Corting)95を形成した後に反射防止膜95の表面にレジスト膜96を形成し、次いでレジスト膜96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96に回路パターンを形成する(図10(a))。なお、図10(a)に示す符号90は絶縁膜を、符号91はバリアメタル層を、符号92は下部配線を、符号93はストッパー膜を、それぞれ示している。
【0003】
こうして得られたウエハの表面を、絶縁膜94にビアホール94aが形成されるようにエッチング処理する(図10(b))。反射防止膜95とレジスト膜96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94aを有する絶縁膜94の表面に犠牲膜97を形成する(図10(c))。このときビアホール94aも犠牲膜97によって埋められる。
【0004】
犠牲膜97の表面にレジスト膜98を形成して、レジスト膜98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98に回路パターンを形成する(図10(d))。こうして得られたウエハの表面を、所定時間、エッチング処理することによって、ビアホール94aの上部がより幅の広いトレンチ94bとなる(図10(e))。レジスト膜98と犠牲膜97を除去することによって、ビアホール94aとトレンチ94bを備えた溝配線要素が絶縁膜94に形成される(図10(f))。
【0005】
このように、半導体デバイスの製造工程においては、溝配線要素や電極等を形成するために、一時的に形成されて所定の処理が終了した後に除去される、所謂、犠牲膜が用いられている。この犠牲膜の除去方法としては、オゾンガスを用いたアッシング処理が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−219695号公報(第4−5頁)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アッシングによって犠牲膜を除去すると、回路パターンが損傷するおそれがある。また、この方法では無機系材料からなる犠牲膜を除去することができないという問題がある。
【0008】
犠牲膜の除去方法としては、ウエハを所定の薬液に浸漬させて犠牲膜を溶解する方法や、ウエハの表面に薬液を噴霧して犠牲膜を溶解する方法が知られており、実際に製造現場で用いられている。ところが、このような薬液によって犠牲膜を溶解する方法では、犠牲膜の溶解に長い時間が必要であるという問題がある。また、長時間にわたって犠牲膜を薬液と接した状態に保持すると、例えば、絶縁膜が多孔質膜である場合等には、この絶縁膜が薬液によって損傷を受けるという問題が生ずる場合がある。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、溝配線要素の形成過程で用いられる犠牲膜の除去を容易に行う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。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、犠牲膜を備えた基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【0011】
また本発明によれば、ビアホールを有する被エッチング膜を備えた基板の前記被エッチング膜の表面に、前記ビアホールを埋めるように犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の表面に、前記ビアホールの幅よりも幅の広い溝を前記ビアホールの上方に有する回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、
前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチング処理して、前記ビアホールの上部の幅を拡げてトレンチを形成する工程と、
前記基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【0012】
このような基板処理方法によれば、水蒸気とオゾンを含む処理ガスによって犠牲膜を処理することによって犠牲膜を薬液に溶解し易い性質に変えることができるために、犠牲膜の除去を短時間で行うことができるようになる。これにより生産性を高めることができる。また、犠牲膜、レジスト膜、ポリマー残渣はそれぞれ薬液または純水に溶解しやすくなるために、これらの残渣を低減することができ、これにより製品の品質を高めることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について具体的に説明する。ここでは、デュアルダマシン構造の溝配線要素を有する絶縁膜を備えた半導体デバイスを製造する場合について説明することとする。
【0014】
図1は絶縁膜(層間絶縁膜)の形成や絶縁膜へのビアホール、トレンチの形成に用いられるダマシン形成システムの概略構成を示す説明図である。このダマシン形成システムは、CVDシステム101と、レジスト塗布/現像システム102と、露光装置103と、エッチャー104と、膜除去システム100と、から構成されており、図示しない搬送装置によってこれらシステムと装置の間でウエハWを搬送することができるようになっている。
【0015】
CVDシステム101は、化学気相蒸着法(CVD)法によりウエハWに絶縁膜やストッパー膜を形成するために用いられる。このCVDシステム101に代えて、ウエハWに薬液を塗布して絶縁膜等を形成するSOD(Spin On Dielectric)システムを用いることもできる。
【0016】
レジスト塗布/現像システム102は、エッチングマスクとしてのレジスト膜等を形成するために用いられる。レジスト塗布/現像システム102の詳細な構造は図示しないが、レジスト塗布/現像システム102は、ウエハWにレジスト液を塗布してレジスト膜を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)を成膜するBARC塗布処理ユニットと、ウエハWに犠牲膜(SLAM)を成膜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、反射防止膜が成膜されたウエハW、犠牲膜が成膜されたウエハ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。
【0017】
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。エッチャー104では、ウエハW上に形成された種々の膜にエッチング処理が施される。また膜除去システム100は、次に詳細に説明するように、半導体デバイスの製造工程で不用となった犠牲膜やレジスト膜、エッチング後のポリマー残渣を、水蒸気とオゾン(O)を含む処理ガスのこれら分子によって変性させてウエハWから除去するために用いられる。ここで「変性」とは、犠牲膜がウエハW上に残った状態で所定の薬液に対して溶解し易くなり、レジスト膜とポリマー残渣がウエハW上に残った状態で水溶性となることを意味する。つまり、処理ガスによるウエハWの処理後には、犠牲膜、レジスト膜、ポリマー残渣は変性した状態でウエハW上に残っているために、処理ガスによる処理の終了したウエハWを所定の薬液によって処理することにより、変性した犠牲膜はウエハWから除去される。変性したレジスト膜とポリマー残渣は水洗処理によって除去することができるが、これらは犠牲膜の溶解に使用される所定の薬液によっても除去され得る。
【0018】
図2は膜除去システム100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。膜除去システム100は、ウエハWが収容されたキャリアが他の処理システム等から搬入され、逆に膜除去システム100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システム等へ搬出するためのキャリアステーション4と、ウエハWに設けられた犠牲膜とレジスト膜(以下「犠牲膜等」という)の変性処理およびその後の犠牲膜等の除去処理、ウエハWの水洗/乾燥処理等を行うための複数の処理ユニットを有する処理ステーション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。
【0019】
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。
【0020】
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を有しており、キャリアCは蓋体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10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。
【0021】
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)11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。
【0022】
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。
【0023】
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)18a・18bを有しており、例えば、ウエハ載置ユニット(TRS)18b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)18a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。後述するように処理ステーション2においてはファンフィルターユニット(FFU)25から清浄な空気がダウンフローされるために、処理ステーション2において処理の終了したウエハWを、上段のウエハ載置ユニット(TRS)18aに載置することにより、ウエハWの汚染が抑制される。
【0024】
搬送ステーション3と処理ステーション2との間の境界壁8bにおいて、ウエハ載置ユニット(TRS)18a・18bの位置に対応する部分には窓部9bが設けられている。ウエハ搬送ピック7aは、この窓部9bを介してウエハ載置ユニット(TRS)18a・18bにアクセス可能であり、キャリアCとウエハ載置ユニット(TRS)18a・18bとの間でウエハWを搬送する。
【0025】
処理ステーション2の背面側には、ウエハWに形成されている犠牲膜等の変性処理を行う8台の膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hが2列4段で配置されている。また、処理ステーション2の正面側には、膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hにおける処理の終了したウエハWを薬液処理して犠牲膜等を除去し、さらにウエハWを水洗、乾燥処理を行う洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dが2列2段で配置されている。また、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。
【0026】
膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15dと膜変性処理ユニット(VOS)15e〜15hとは、その境界壁22bについて略対称な構造を有している。また、洗浄処理ユニット(CNU)12a・12bと洗浄処理ユニット(CNU)12c・12dとは、境界壁22aについて略対称な構造を有している。これは主ウエハ搬送装置14の構造を簡単なものとし、ウエハ搬送アーム14aのアクセスを容易とするためである。
【0027】
膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hは、ウエハWを略水平姿勢で収容する密閉式のチャンバを有しており、このチャンバ内に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給することによって、ウエハWの表面に形成されている犠牲膜等を薬液や純水によってウエハWから容易に除去されるように変性させる。膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hの構造は後に詳細に説明する。
【0028】
洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dは、その詳細な構造は図示しないが、ウエハWを保持する回転自在なスピンチャックと、スピンチャックを囲繞するカップと、スピンチャックに保持されたウエハWの表面に犠牲膜等を溶解させるための所定の薬液を供給する薬液ノズルと、薬液処理後のウエハWに純水を供給する純水ノズルと、純水処理後のウエハWに乾燥ガスを噴射するガス噴射ノズルと、を有している。
【0029】
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)18a・18b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)18a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)18bは、クーリングプレートユニット(COL)21a・21b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。
【0030】
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は水平方向に進退自在であり、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、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可能であり、これら各ユニット間でウエハWを搬送する。
【0031】
ケミカルステーション5には、水蒸気とオゾンを含む処理ガスを調整して膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hに供給する処理ガス供給装置16と、洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dで使用する薬液を貯蔵/送液する薬液供給装置17と、が設けられている。処理ガス供給装置16は、例えば、酸素ガスをオゾン化するオゾン発生装置と、オゾンを希釈する窒素ガスを供給し、また、犠牲膜等の変性処理後にチャンバ内をパージするための窒素ガスを供給する窒素ガス供給ラインと、純水を気化させて水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、オゾン/窒素混合ガスと水蒸気とを混合させて処理ガスを生成するミキサーと、を有している。オゾン発生装置においては、空気中の酸素をオゾン化することによって、オゾン/窒素混合ガスを生成することもできる。
【0032】
なお、ケミカルステーション5には、洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dへの純水の供給を制御する純水供給調整装置(図示せず)と、洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dへの乾燥ガスの供給を制御するガス供給調整装置(図示せず)と、が設けられている。例えば、膜除去システム100への純水や乾燥ガスの供給は、図示しない工場配管等の供給ラインを用いて行われる。
【0033】
次に、膜変性処理ユニット(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。膜変性処理ユニット(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に密接させた状態を示しているが、蓋体41bは下部容器41aの上方に待避可能である。
【0034】
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。
【0035】
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。プロキシミティピン44の高さは、ステージ33の表面に結露が生じた場合に、ウエハWの裏面が結露した液滴に接することがない高さ、例えば、1mm以上3mm以下に設定される。これによりウエハWの裏面へのウォーターマークやパーティクルの付着が防止され、ウエハWの品質が高く保たれる。
【0036】
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。なお、ステージ33と蓋体41bの温度を変えることによって、処理空間内に温度勾配を設けて、処理を行うことも可能である。
【0037】
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。
【0038】
チャンバ30では、処理ガスがチャンバ30の内部において略水平方向に流れるように、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。図5では、ガス導入口34aおよびガス排出口34bの高さ位置がプロキシミティピン44に載置されたウエハWの高さよりも下側で示されているが、ガス導入口34aおよびガス排出口34bはこれよりも高い位置に設けてもよい。
【0039】
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。このためにチャンバ30の内部から下部容器41aと蓋体41bとの間を通って外部に処理ガスが流出しないように、下部容器41aと蓋体41bとの密閉を、シリンダ43による押圧力に依存するだけでなく、下部容器41aと蓋体41b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ことによって行う。
【0040】
このロック機構35は、下部容器41aの裏面中心に固定された支持軸52と、支持軸52との間にベアリング53を介して、回転装置54によって回転自在に配置された回転筒55と、回転筒55に固定された円板56と、円板56の周縁の所定位置に設けられた挟持部材57と、を有している。挟持部材57は、回転軸58回りに回転自在な押圧ローラ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。
【0041】
この突起部47a・47bはそれぞれ下部容器41aと蓋体41bの全周を囲ってはおらず、例えば、等間隔に4カ所に設けられており、隣接するものどうしの間には間隙部49(図5の右側部分参照)が形成されている。突起部47a・47bはそれぞれ鉛直方向で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。
【0042】
回転装置54を駆動して回転筒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。押圧ローラ59a・59b間の間隔を突起部47bの表面と突起部47aの裏面との間の距離よりも短く設定することによって、突起部47a・47bを締め付けることができ、これによってチャンバ30の密閉性を向上させることができる。
【0043】
次に、このように構成されたダマシン形成システムを用いて、ウエハWに形成された絶縁膜にデュアルダマシン構造の溝配線要素を形成する方法について説明する。図6はデュアルダマシン構造の溝配線要素を形成する工程を示すフローチャートであり、図7は溝配線要素の形成過程における形態変化を示す説明図である。
【0044】
最初に、バリアメタル層61を介して下部配線(例えば、銅配線)62が形成されている絶縁膜60を備え、絶縁膜60の表面にストッパー膜(例えば、SiN膜、SiC膜)63が形成されているウエハW(ウエハW自体は図示しない)を準備する。このウエハWをCVDシステム101に搬入して、そこでストッパー膜63上に絶縁膜64を形成する(ステップ1、図7(a))。
【0045】
次に絶縁膜64が形成されたウエハWを、レジスト塗布/現像システム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絶縁膜64上に反射防止膜65、レジスト膜66を逐次形成する。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する。ウエハWをレジスト塗布/現像システム102に戻して、現像処理ユニットにおいてレジスト膜66を現像処理することによって、レジスト膜66に所定の回路パターンを形成する(ステップ2、図7(b))。
【0046】
ウエハWをエッチャー104に搬送して、そこでエッチング処理を行う(ステップ3、図7(c))。これによりストッパー膜63に達するビアホール64aが絶縁膜64に形成される。このビアホール64aが形成されたウエハWは、次に膜除去システム100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66が除去される(ステップ4、図7(d))。
【0047】
続いてウエハWは、レジスト塗布/現像システム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64aを有する絶縁膜64の表面に無機系材料(例えば、Si−O系材料)からなる犠牲膜67を形成する(ステップ5、図7(e))。このときビアホール64aも犠牲膜67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67の表面にエッチングマスクとなるレジスト膜68を形成し、レジスト膜68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68を現像することによって、レジスト膜68に回路パターンを形成する(ステップ6、図7(f))。ここで、レジスト膜68には、ビアホール64aの幅よりも広い溝をビアホール64aの上方に形成する。
【0048】
次いで、ウエハWをエッチャー104に搬送し、そこでウエハの表面を、所定時間、エッチング処理する。これによってビアホール64aの上部がより幅の広いトレンチ64bとなる(ステップ7、図7(g))。絶縁膜64の上に犠牲膜67を形成しておくことによって、絶縁膜64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。
【0049】
エッチング処理の終了したウエハWは、膜除去システム100に搬送され、そこで犠牲膜67とレジスト膜68の変性処理(ステップ8、図7(h))と、それに続く犠牲膜67とレジスト膜68とポリマー残渣の除去処理が行われる(ステップ9、図7(i))。具体的には、エッチング処理が終了したウエハWの収容されたキャリアCが、オペレータによってまたは自動搬送装置によって載置台6に載置される。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)18bへ搬送される。
【0050】
次に、ウエハ載置ユニット(TRS)18bに載置されたウエハWをウエハ搬送アーム14aによって膜変性処理ユニット(VOS)15a(または15b〜15hのいずれか)に搬入する。この膜変性処理ユニット(VOS)15aへのウエハWの搬入処理は次のようにして行われる。すなわち、最初にチャンバ30の蓋体41bを下部容器41aの上方に退避させた状態とし、その後に、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。
【0051】
ウエハ搬送アーム14aを膜変性処理ユニット(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。
【0052】
ヒータ45a・45bを発熱させて、ステージ33およびヒータ45a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。これにより、チャンバ30内に処理ガスを供給した際には、チャンバ30内における水蒸気の密度は、蓋体41b側よりもステージ33側で高くなるために、水蒸気を効率的にウエハWにあてることができる。
【0053】
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/窒素混合ガスでパージされ、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。
【0054】
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67は薬液に溶解され易い性質へと変わり、レジスト膜68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)は水溶性に変わる(図7(h))。このように処理ガスは、犠牲膜67、レジスト膜、ポリマー残渣をそれぞれ変性させるが、絶縁膜64にダメージを与えることはない。これによって、ビアホール64aとトレンチ64bの幅や形状が維持される。この処理ガスによるウエハWの処理は、3分〜5分間行われる。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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
膜変性処理ユニット(VOS)15aにおける処理においては、犠牲膜67は薬液に溶解しやすい性質へと変化するだけであって、膜変性処理ユニット(VOS)15aにおける処理が終了した時点では、犠牲膜67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67を除去するために、ウエハWを洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dのいずれかに搬入し、そこで所定の薬液(例えば、希フッ酸、アミン系薬液)によって犠牲膜67の除去処理が行われる(図7(i))。
【0058】
洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dにおける処理の一例として、以下の方法が挙げられる。例えば、略水平姿勢に保持されたウエハWの表面に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67を完全に除去する。犠牲膜67の除去に使用される薬液が水溶液であれば、水溶性に変性したレジスト膜68はこの薬液に溶解して除去される。また、犠牲膜67の除去に使用される薬液が有機溶剤系であっても、レジスト膜68は犠牲膜67がウエハWから除去される際に当然に除去される。薬液による処理の後には、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。
【0059】
図8と図9は、市販されている無機系の犠牲膜材料を用いて犠牲膜67を形成した場合の、その厚さと犠牲膜67の除去処理に要する時間との関係を示すグラフである。ここでは、上述したように犠牲膜67に対して処理ガスによる変性処理を行った後に薬液処理を行うことにより犠牲膜67を除去する方法(実施例)と、エッチング処理後に処理ガスによる犠牲膜67の変性処理を行うことなく直接に犠牲膜67を薬液処理して犠牲膜67を除去する方法(比較例)とを比較しており、図8は薬液として希フッ酸水溶液を用いた場合について、図9は薬液としてアミン系薬液を用いた場合について、それぞれ示されている、図8と図9から明らかなように、処理ガスによる変性処理を行った場合には、変性処理を行わなかった場合と比べて、短い処理時間で犠牲膜67の除去を行うことができる。
【0060】
なお、希フッ酸を使用した場合に、処理ガスによる変性処理に3分〜5分を要するのに対して、犠牲膜67が除去される時間には実施例と比較例の場合で約50秒の差しかない。しかし、比較例の場合には、犠牲膜67を除去するために予めレジスト膜68を除去する必要があるが、実施例の場合にはレジスト膜68を前もって除去する必要はない。したがって、結果的に、エッチング処理が終了してから犠牲膜67が除去されるまでに要する時間は、実施例の方が比較例の場合よりも短くなる。
【0061】
洗浄処理ユニット(CNU)12a〜12dにおけるこのような処理が終了したウエハWは、ホットプレートユニット(HP)19a〜19dのいずれかに搬送されて、加熱乾燥された後、クーリングプレートユニット(COL)21a・21bのいずれかに搬送されて冷却処理される。所定の温度まで冷却されたウエハWは、ウエハ載置ユニット(TRS)18aに搬送され、そこからウエハ搬送装置7によってキャリアCの所定の位置に収容される。
【0062】
犠牲膜67が除去されたウエハWに対しては、ストッパー膜63が露出している部分をエッチング処理等によって除去する(ステップ10、図7(j))。こうしてデュアルダマシン構造の溝配線要素が形成される。形成された溝配線要素に、その後、ビアホール64aとトレンチ64bの内壁にCVD法等によりバリアメタル層を形成し、次いでCVD法等を用いてビアホール64aとトレンチ64bに導電性材料を埋め込み、CMP法等による平坦化処理を行えば、下部配線62とビアホール64aとが導通したプラグを形成することができる。
【0063】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、犠牲膜は、無機系材料からなるものに限られるものではなく、有機系材料(例えば、ノボラック樹脂系材料)からなるものであってもよい。また、犠牲膜67上に直接にレジスト膜68を形成した工程を示したが、犠牲膜67上に反射防止膜を形成し、その上にレジスト膜68を形成してもよい。この場合にも、犠牲膜67を変性させて除去する際に、反射防止膜も同時に除去される。
【0064】
上記説明においては、膜除去システム100としてウエハWを1枚ずつ処理する装置(所謂、枚葉式処理装置)を示したが、犠牲膜67等の変性処理は、一度に複数(例えば、25枚)のウエハWを処理する装置(所謂、バッチ式処理装置)を用いて行うこともできる。また、基板として半導体ウエハを例示したが、基板はこれに限定されず、液晶表示装置(LCD)に使用されるガラス基板であってもよい。処理ガスには、オゾンと水蒸気以外の別の成分、例えば、過酸化水素等を含有させてもよい。
【0065】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、溝配線要素の形成工程で用いられる犠牲膜を、水蒸気とオゾンを含む処理ガスで処理することによって薬液に溶解し易い性質に変えることができる。これによって犠牲膜の除去を短時間で行うことができるようになり、生産性が高められる。また、犠牲膜とレジスト膜、ポリマー残渣が薬液または純水に溶解しやすくなるために、これらの残渣を低減することができ、これにより製品の品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ダマシン形成システムの概略構成を示す説明図。
【図2】膜除去システムの概略平面図。
【図3】膜除去システムの概略正面図。
【図4】膜除去システムの概略背面図。
【図5】膜除去システムに備えられた膜変性処理ユニット(VOS)の概略断面図。
【図6】デュアルダマシン法による溝配線要素の形成工程を示すフローチャート。
【図7】溝配線要素の形成過程における形態変化を示す説明図。
【図8】犠牲膜の厚さと犠牲膜の除去処理に要する時間との関係を示すグラフ。
【図9】犠牲膜の厚さと犠牲膜の除去処理に要する時間との関係を示す別のグラフ。
【図10】従来のデュアルダマシン法による溝配線要素の形成過程における形態変化を示す説明図。
【符号の説明】
2;処理ステーション
3;搬送ステーション
4;キャリアステーション
12a〜12d;洗浄処理ユニット(CNU)
15a〜15h;膜変性処理ユニット(VOS)
60;絶縁膜
62;下部配線
63;ストッパー膜
64;絶縁膜
65;反射防止膜
66;レジスト膜
67;犠牲膜
68;レジスト膜
100;膜除去システム
W;ウエハ(基板)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing method for processing a substrate such as a semiconductor wafer and an LCD glass substrate.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a semiconductor device manufacturing process, a multilayer wiring circuit is formed on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a “wafer”) by using a single damascene method or a dual damascene method using photolithography technology. FIG. 10 is an explanatory view showing an example of a process of forming a multilayer wiring by a dual damascene method. After forming an anti-reflection film (BARC: Bottom Anti-Reflective Coating) 95 on the surface of a wafer (wafer not shown) provided with the insulating film 94, a resist film 96 is formed on the surface of the anti-reflection film 95, and then the resist is formed. The film 96 is exposed in a predetermined pattern and developed to form a circuit pattern on the resist film 96 (FIG. 10A). In FIG. 10A, reference numeral 90 denotes an insulating film, reference numeral 91 denotes a barrier metal layer, reference numeral 92 denotes a lower wiring, and reference numeral 93 denotes a stopper film.
[0003]
The surface of the wafer thus obtained is etched so that a via hole 94a is formed in the insulating film 94 (FIG. 10B). After removing the anti-reflection film 95 and the resist film 96 by a chemical solution treatment or an ashing treatment, a sacrificial film 97 is formed on the surface of the insulating film 94 having the via holes 94a (FIG. 10C). At this time, the via hole 94a is also filled with the sacrificial film 97.
[0004]
A resist film 98 is formed on the surface of the sacrificial film 97, the resist film 98 is exposed in a predetermined pattern, and is developed to form a circuit pattern on the resist film 98 (FIG. 10D). By etching the surface of the wafer thus obtained for a predetermined time, the upper portion of the via hole 94a becomes a wider trench 94b (FIG. 10E). By removing the resist film 98 and the sacrificial film 97, a trench wiring element having a via hole 94a and a trench 94b is formed in the insulating film 94 (FIG. 10F).
[0005]
As described above, in the manufacturing process of a semiconductor device, a so-called sacrificial film, which is formed temporarily and removed after a predetermined process is completed, is used to form a groove wiring element, an electrode, and the like. . As a method for removing the sacrificial film, an ashing process using ozone gas can be mentioned (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-219695 (pages 4-5)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the sacrificial film is removed by ashing, the circuit pattern may be damaged. In addition, this method has a problem that a sacrificial film made of an inorganic material cannot be removed.
[0008]
As a method of removing the sacrificial film, a method of dissolving the sacrificial film by immersing the wafer in a predetermined chemical solution, and a method of dissolving the sacrificial film by spraying a chemical solution on the wafer surface are known. Used in. However, the method of dissolving the sacrificial film using such a chemical solution has a problem that a long time is required for dissolving the sacrificial film. Further, if the sacrificial film is kept in contact with the chemical solution for a long time, for example, when the insulating film is a porous film, there may be a problem that the insulating film is damaged by the chemical solution.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a substrate processing method capable of easily removing a sacrificial film used in a process of forming a trench wiring element.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a step of supplying a processing gas containing water vapor and ozone to a substrate having a sacrificial film to denature the sacrificial film,
Removing the denatured sacrificial film from the substrate by treating the substrate with a predetermined chemical solution;
And a substrate processing method characterized by having:
[0011]
According to the present invention, a step of forming a sacrificial film on the surface of the film to be etched of the substrate having the film to be etched having via holes, so as to fill the via holes,
Forming, on the surface of the sacrificial film, an organic film having a circuit pattern having a groove wider than the via hole above the via hole;
Etching the sacrificial film and the film to be etched to form a trench by widening an upper portion of the via hole;
Supplying a processing gas containing water vapor and ozone to the substrate to denature the sacrificial film;
Removing the denatured sacrificial film from the substrate by treating the substrate with a predetermined chemical solution;
And a substrate processing method characterized by having:
[0012]
According to such a substrate processing method, by removing the sacrificial film in a short time, the sacrificial film can be changed to a property that is easily dissolved in the chemical solution by treating the sacrificial film with a processing gas containing water vapor and ozone. Will be able to do it. Thereby, productivity can be improved. In addition, since the sacrificial film, the resist film, and the polymer residue are each easily dissolved in a chemical solution or pure water, these residues can be reduced, thereby improving the quality of the product.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. Here, a case will be described in which a semiconductor device having an insulating film having a trench wiring element having a dual damascene structure is manufactured.
[0014]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a damascene forming system used for forming an insulating film (interlayer insulating film) and forming a via hole and a trench in the insulating film. The damascene forming system includes a CVD system 101, a resist coating / developing system 102, an exposing device 103, an etcher 104, and a film removing system 100. The wafer W can be transferred between them.
[0015]
The CVD system 101 is used for forming an insulating film and a stopper film on the wafer W by a chemical vapor deposition (CVD) method. Instead of the CVD system 101, an SOD (Spin On Dielectric) system in which a chemical solution is applied to the wafer W to form an insulating film or the like can be used.
[0016]
The resist coating / developing system 102 is used for forming a resist film or the like as an etching mask. Although the detailed structure of the resist coating / developing system 102 is not shown, the resist coating / developing system 102 includes a resist coating processing unit that applies a resist solution to the wafer W to form a resist film, and an anti-reflection coating on the wafer W. A BARC coating processing unit for forming a (BARC) film, a sacrificial film coating processing unit for forming a sacrificial film (SLAM) on a wafer W, and a developing process for developing a resist film exposed in a predetermined pattern in the exposure apparatus 103. A processing unit, a wafer W on which a resist film is formed, an exposed wafer W, a developed wafer W, a wafer W on which an antireflection film is formed, and a wafer W on which a sacrificial film is formed Has a thermal processing unit and the like for thermally processing each.
[0017]
The exposure device 103 is used to expose a predetermined circuit pattern on the wafer W on which the resist film has been formed. In the etcher 104, various films formed on the wafer W are subjected to an etching process. In addition, as will be described in detail below, the film removal system 100 converts the sacrificial film and the resist film, which have become unnecessary in the semiconductor device manufacturing process, and the polymer residue after the etching with water vapor and ozone (O 2 O). 3 ) Is used for denaturation by the molecules of the processing gas containing Here, “denaturation” means that the sacrificial film is easily dissolved in a predetermined chemical solution while remaining on the wafer W, and becomes water-soluble while the resist film and the polymer residue remain on the wafer W. means. In other words, after the processing of the wafer W by the processing gas, the sacrificial film, the resist film, and the polymer residue remain on the wafer W in a modified state. By doing so, the modified sacrificial film is removed from the wafer W. The modified resist film and polymer residue can be removed by a water washing process, but they can also be removed by a predetermined chemical solution used for dissolving the sacrificial film.
[0018]
FIG. 2 is a schematic plan view of the film removing system 100, FIG. 3 is a schematic front view thereof, and FIG. 4 is a schematic rear view thereof. In the film removal system 100, the carrier containing the wafer W is carried in from another processing system or the like, and conversely, the carrier containing the processed wafer W in the film removal system 100 is transferred to a processing system or the like that performs the next process. Carrier station 4 for unloading, modification of sacrificial film and resist film (hereinafter referred to as “sacrifice film etc.”) provided on wafer W, subsequent removal of sacrificial film, etc., washing / drying of wafer W, etc. Station 2 having a plurality of processing units for carrying out the process, a transfer station 3 for transferring a wafer W between the processing station 2 and the carrier station 4, a chemical solution, pure water, gas, etc. used in the processing station 2. And a chemical station 5 for producing, preparing, and storing the same.
[0019]
Inside the carrier C, the wafers W are accommodated in a substantially horizontal posture at regular intervals in the vertical direction (Z direction). The loading / unloading of the wafer W into / from the carrier C is performed through one side surface of the carrier C, and this side surface is not shown in FIG. 2 (not shown in FIG. 2; FIG. 3 and FIG. 4 show a state where the lid 10a is removed). ) Can be opened and closed freely.
[0020]
As shown in FIG. 2, the carrier station 4 has a mounting table 6 on which the carrier C can be mounted at three places along the Y direction in the figure. It is mounted on the mounting table 6 so as to face the boundary wall 8a between the transfer station 4 and the transfer station 3. A window 9a is formed at a position corresponding to the place where the carrier C is placed on the boundary wall 8a, and a shutter 10 for opening and closing the window 9a is provided on the side of the transport station 3 of each window 9a. The shutter 10 has gripping means (not shown) for gripping the cover 10a of the carrier C, and as shown in FIGS. The lid 10a can be retracted.
[0021]
The wafer transfer device 7 provided in the transfer station 3 has a wafer transfer pick 7a that can hold the wafer W. The wafer transfer device 7 is movable in the Y direction along a guide (see FIGS. 3 and 4) 11 provided on the floor of the transfer station 3 so as to extend in the Y direction. Further, the wafer transfer pick 7a is slidable in the X direction, is movable up and down in the Z direction, and is rotatable (θ rotation) in the XY plane.
[0022]
With such a structure, in a state where the shutter 10 is retracted so that the inside of the carrier C and the transfer station 3 communicate with each other via the window 9a, the wafer transfer pick 7a Can be carried out, and the wafer W at an arbitrary height position in the carrier C can be unloaded from the carrier C, and conversely, the wafer W can be carried into an arbitrary position on the carrier C. .
[0023]
The processing station 2 has two wafer mounting units (TRS) 18a and 18b on the transfer station 3 side. For example, when the wafer mounting unit (TRS) 18b receives a wafer W from the transfer station 3, The wafer mounting unit (TRS) 18a is used for mounting the wafer W on the processing station 2 when the predetermined processing is completed and the wafer W is returned to the transfer station 3. Used. As will be described later, in the processing station 2, since the clean air is downflowed from the fan filter unit (FFU) 25, the processed wafer W in the processing station 2 is transferred to the upper wafer mounting unit (TRS) 18a. , Contamination of the wafer W is suppressed.
[0024]
On a boundary wall 8b between the transfer station 3 and the processing station 2, a window 9b is provided at a portion corresponding to the position of the wafer mounting units (TRS) 18a and 18b. The wafer transfer pick 7a can access the wafer mounting units (TRS) 18a and 18b through the window 9b, and transfer the wafer W between the carrier C and the wafer mounting units (TRS) 18a and 18b. I do.
[0025]
On the back side of the processing station 2, eight film modification processing units (VOS) 15 a to 15 h for performing modification processing of a sacrificial film or the like formed on the wafer W are arranged in two rows and four stages. In addition, on the front side of the processing station 2, the wafer W that has been processed in the film modification processing units (VOS) 15a to 15h is subjected to chemical treatment to remove a sacrificial film and the like, and further, the wafer W is washed with water and dried. Cleaning processing units (CNU) 12a to 12d are arranged in two rows and two stages. At a substantially central portion of the processing station 2, a main wafer transfer device 14 that transfers the wafer W in the processing station 2 is provided.
[0026]
The film denaturation processing units (VOS) 15a to 15d and the film denaturation processing units (VOS) 15e to 15h have a substantially symmetric structure with respect to a boundary wall 22b. Further, the cleaning units (CNU) 12a and 12b and the cleaning units (CNU) 12c and 12d have a substantially symmetric structure with respect to the boundary wall 22a. This is to simplify the structure of the main wafer transfer device 14 and facilitate access to the wafer transfer arm 14a.
[0027]
Each of the film modification processing units (VOS) 15a to 15h has a closed chamber for accommodating the wafer W in a substantially horizontal posture. By supplying a processing gas containing water vapor and ozone into the chamber, the wafer W is processed. Is modified such that the sacrificial film and the like formed on the surface of the wafer W are easily removed from the wafer W by a chemical solution or pure water. The structure of the membrane modification units (VOS) 15a to 15h will be described later in detail.
[0028]
The cleaning units (CNU) 12a to 12d have a detailed structure, not shown, but a rotatable spin chuck for holding the wafer W, a cup surrounding the spin chuck, and a surface of the wafer W held on the spin chuck. A chemical solution nozzle for supplying a predetermined chemical solution for dissolving the sacrificial film, etc., a pure water nozzle for supplying pure water to the wafer W after the chemical solution treatment, and a gas for injecting a dry gas to the wafer W after the pure water treatment. And an injection nozzle.
[0029]
In the processing station 2, the wafer W, which has been processed by the cleaning processing units (CNU) 12 a to 12 d, is heated and dried at a position facing the wafer mounting units (TRS) 18 a and 18 b with the main wafer transfer device 14 interposed therebetween. Hot plate units (HP) 19a to 19d are stacked and arranged in four stages. Further, cooling plate units (COL) 21a and 21b for cooling the heated and dried wafer W are stacked above the wafer mounting unit (TRS) 18a. The wafer mounting unit (TRS) 18b can be used as cooling plate units (COL) 21a and 21b. A fan filter unit (FFU) 25 that blows clean air into the processing station 2 is provided above the processing station 2.
[0030]
The main wafer transfer device 14 has a wafer transfer arm 14a that transfers the wafer W. The main wafer transfer device 14 is rotatable around the Z axis. The wafer transfer arm 14a is capable of moving forward and backward in the horizontal direction, and is capable of moving up and down in the Z direction. With such a structure, the main wafer transfer device 14 can access each unit provided in the processing station 2 and transfers the wafer W between these units.
[0031]
The chemical station 5 includes a processing gas supply device 16 that adjusts a processing gas containing water vapor and ozone and supplies the processed gas to the film modification processing units (VOS) 15a to 15h, and a chemical solution used in the cleaning processing units (CNU) 12a to 12d. And a chemical liquid supply device 17 for storing / sending liquid. The processing gas supply device 16 supplies, for example, an ozone generator for ozonizing oxygen gas, a nitrogen gas for diluting ozone, and a nitrogen gas for purging the inside of the chamber after denaturation treatment of a sacrificial film or the like. A nitrogen gas supply line, a steam generator for vaporizing pure water to generate steam, and a mixer for mixing ozone / nitrogen mixed gas and steam to generate a processing gas. The ozone generator can also generate an ozone / nitrogen mixed gas by ozonizing oxygen in the air.
[0032]
The chemical station 5 has a pure water supply adjusting device (not shown) for controlling the supply of pure water to the cleaning units (CNU) 12a to 12d, and a drying unit for the cleaning units (CNU) 12a to 12d. A gas supply adjusting device (not shown) for controlling gas supply. For example, the supply of pure water or dry gas to the film removal system 100 is performed using a supply line such as a factory pipe (not shown).
[0033]
Next, the structure of the film modification processing unit (VOS) 15a will be described in detail with reference to the schematic sectional view shown in FIG. The film modification processing unit (VOS) 15a has a closed chamber 30 for accommodating a wafer W, and the chamber 30 is composed of a fixed lower container 41a and a lid 41b that covers the upper surface of the lower container 41a. The lid 41b can be moved up and down by a cylinder 43 fixed to the frame 42 of the membrane modification processing unit (VOS) 15a. FIG. 5 shows a state in which the lid 41b is in close contact with the lower container 41a, but the lid 41b can be retracted above the lower container 41a.
[0034]
An O-ring 51 is disposed on the upper surface of the raised portion around the lower container 41a. When the cylinder 43 is driven to lower the lid 41b, the peripheral edge of the back surface of the lid 41b abuts on the upper surface of the raised portion of the peripheral edge of the lower container 41a, and the O-ring 51 is compressed and sealed in the chamber 30. A processing space is formed.
[0035]
The lower container 41a is provided with a stage 33 on which the wafer W is placed. On the surface of the stage 33, proximity pins 44 for supporting the wafer W are provided at a plurality of locations. The height of the proximity pins 44 is set to a height at which the back surface of the wafer W does not come into contact with the condensed droplets when dew condensation occurs on the surface of the stage 33, for example, 1 mm or more and 3 mm or less. Thereby, adhesion of a watermark or particles to the back surface of the wafer W is prevented, and the quality of the wafer W is kept high.
[0036]
A heater 45a is embedded in the stage 33, and a heater 45b is embedded in the lid 41b, so that the stage 33 and the lid 41b can be held at a predetermined temperature. Thus, the temperature of the wafer W is kept constant. In addition, by changing the temperature of the stage 33 and the lid 41b, it is also possible to perform processing by providing a temperature gradient in the processing space.
[0037]
On the back surface of the lid 41b, claw members 46 for holding the wafer W are provided at, for example, three places (only two places are shown in FIG. 5). The wafer transfer arm 14a transfers the wafer W to the claw member 46. When the lid 41b is lowered with the claw member 46 holding the wafer W, the wafer W is transferred to the proximity pins 44 provided on the stage 33 during the lowering.
[0038]
In the chamber 30, a gas inlet port 34a for introducing the processing gas into the inside and a gas outlet port 34b for exhausting the processing gas to the outside are provided in the lower container 41a so that the processing gas flows in a substantially horizontal direction inside the chamber 30. ing. The processing gas supply device 16 is connected to a gas inlet 34a, and an exhaust device 32 is connected to a gas outlet 34b. In FIG. 5, the height positions of the gas inlet 34a and the gas outlet 34b are shown below the height of the wafer W placed on the proximity pins 44, but the gas inlet 34a and the gas outlet 34b. 34b may be provided at a higher position.
[0039]
The processing of the wafer W with the processing gas is preferably performed while maintaining the inside of the chamber 30 at a constant positive pressure. Therefore, the sealing between the lower container 41a and the lid 41b depends on the pressing force of the cylinder 43 so that the processing gas does not flow out from the inside of the chamber 30 to the outside through the space between the lower container 41a and the lid 41b. In addition to this, the locking mechanism 35 is used to tighten the projections 47a and 47b provided on the end surfaces of the lower container 41a and the lid 41b.
[0040]
The lock mechanism 35 includes a support shaft 52 fixed to the center of the back surface of the lower container 41a, a rotary cylinder 55 rotatably disposed by a rotary device 54 between the support shaft 52 and the support shaft 52 through a bearing 53, It has a disk 56 fixed to the cylinder 55 and a holding member 57 provided at a predetermined position on the periphery of the disk 56. The holding member 57 has pressing rollers 59 a and 59 b rotatable around the rotation shaft 58, and a roller holding member 48 that holds the rotation shaft 58.
[0041]
The projections 47a and 47b do not surround the entire periphery of the lower container 41a and the lid 41b, but are provided at, for example, four places at equal intervals. A gap 49 (see FIG. 5 (see right side). The protruding portions 47a and 47b are arranged at positions overlapping each other in the vertical direction. In a state where the holding member 57 is disposed at the position of the gap 49, the lid 41b can be freely moved up and down.
[0042]
When the rotating device 54 is driven to rotate the disk 56 with the rotating cylinder 55 by a predetermined angle, the pressing roller 59b stops at the upper surface of the projection 47b, and the pressing roller 59a stops at the lower side of the projection 47a. By setting the interval between the pressing rollers 59a and 59b to be shorter than the distance between the front surface of the projection 47b and the back surface of the projection 47a, the projections 47a and 47b can be tightened. Performance can be improved.
[0043]
Next, a method of forming a trench wiring element having a dual damascene structure in an insulating film formed on a wafer W using the damascene forming system configured as described above will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a process of forming a trench wiring element having a dual damascene structure, and FIG.
[0044]
First, an insulating film 60 in which a lower wiring (for example, copper wiring) 62 is formed via a barrier metal layer 61 is provided, and a stopper film (for example, a SiN film, a SiC film) 63 is formed on the surface of the insulating film 60. A prepared wafer W (the wafer W itself is not shown) is prepared. The wafer W is carried into the CVD system 101, where an insulating film 64 is formed on the stopper film 63 (step 1, FIG. 7A).
[0045]
Next, the wafer W on which the insulating film 64 is formed is carried into the resist coating / developing system 102, where an antireflection film 65 and a resist film 66 are sequentially formed on the insulating film 64 by using a resist coating unit. . Next, the wafer W is transported to the exposure apparatus 103, where exposure processing is performed in a predetermined pattern. The wafer W is returned to the resist coating / developing system 102, and the resist film 66 is developed in a developing unit to form a predetermined circuit pattern on the resist film 66 (step 2, FIG. 7B).
[0046]
The wafer W is transferred to the etcher 104, where an etching process is performed (step 3, FIG. 7C). As a result, a via hole 64a reaching the stopper film 63 is formed in the insulating film 64. The wafer W having the via hole 64a formed thereon is then transported to the film removal system 100, where the wafer W is subjected to a chemical treatment in one of the cleaning units (CNU) 12a to 12d, and the resist film 66 is removed from the wafer W ( Step 4, FIG. 7 (d)).
[0047]
Subsequently, the wafer W is transferred to the resist coating / developing system 102, where the surface of the insulating film 64 having the via hole 64a is changed from an inorganic material (for example, a Si-O material) using a sacrificial film coating processing unit. A sacrificial film 67 is formed (Step 5, FIG. 7E). At this time, the via hole 64a is also filled with the sacrificial film 67. Subsequently, a resist film 68 serving as an etching mask is formed on the surface of the sacrificial film 67 in the resist coating unit, and the resist film 68 is exposed in a predetermined pattern in the exposure device 103, and then the resist film 68 is developed in the developing unit. Thus, a circuit pattern is formed on the resist film 68 (step 6, FIG. 7 (f)). Here, a groove wider than the width of the via hole 64a is formed in the resist film 68 above the via hole 64a.
[0048]
Next, the wafer W is transferred to the etcher 104, where the surface of the wafer is etched for a predetermined time. As a result, the upper portion of the via hole 64a becomes a wider trench 64b (step 7, FIG. 7 (g)). By forming the sacrificial film 67 on the insulating film 64, the bottom surface of the etched portion of the insulating film 64 can be made flat.
[0049]
The wafer W that has been subjected to the etching process is transferred to the film removal system 100, where the sacrificial film 67 and the resist film 68 are modified (step 8, FIG. 7H). The polymer residue is removed (step 9, FIG. 7 (i)). Specifically, the carrier C in which the wafer W having undergone the etching process is placed on the mounting table 6 by an operator or by an automatic transfer device. The window 9a is opened by retracting the cover 10a and the shutter 10 of the carrier C toward the transfer station 3 side. Subsequently, one wafer W at a predetermined position of the carrier C is transferred to the wafer mounting unit (TRS) 18b by the wafer transfer pick 7a.
[0050]
Next, the wafer W mounted on the wafer mounting unit (TRS) 18b is carried into the film modification processing unit (VOS) 15a (or any of 15b to 15h) by the wafer transfer arm 14a. The process of loading the wafer W into the film modification processing unit (VOS) 15a is performed as follows. That is, first, the lid 41b of the chamber 30 is retracted above the lower container 41a, and thereafter, the portion of the claw member 46 provided on the lid 41b for holding the wafer W (the portion projecting in the horizontal direction). The wafer transfer arm 14a holding the wafer W is made to enter so that the wafer W enters a position slightly higher than the position shown in FIG. Next, when the wafer transfer arm 14a is lowered, the wafer W is transferred to the claw member 46.
[0051]
After retracting the wafer transfer arm 14a from the film modification processing unit (VOS) 15a, the lid 41b is lowered to bring the lid 41b into close contact with the lower container 41a, and the lock mechanism 35 is operated to seal the chamber 30. State. During the lowering of the lid 41b, the wafer W is transferred from the claw member 46 to the proximity pins 44.
[0052]
The heaters 45a and 45b generate heat to maintain the stage 33 and the heater 45a at a predetermined temperature. For example, the stage 33 is maintained at 100 ° C., and the lid 41b is maintained at 110 ° C. Accordingly, when the processing gas is supplied into the chamber 30, the vapor density in the chamber 30 is higher on the stage 33 side than on the lid 41 b side. Can be.
[0053]
When the stage 33 and the lid 41b are maintained at a predetermined temperature (for example, 110 ° C. to 120 ° C.) and the temperature distribution of the wafer W becomes substantially constant, first, an ozone / nitrogen mixed gas ( For example, only an ozone content of 9 wt% and a flow rate of 4 L / min) is supplied into the chamber 30, the inside of the chamber 30 is purged with an ozone / nitrogen mixed gas, and a predetermined positive pressure, for example, a gauge pressure. Is adjusted to be 0.2 MPa.
[0054]
Thereafter, a processing gas in which steam is mixed with an ozone / nitrogen mixed gas (for example, the amount of water vapor is 16 ml / min in terms of water) is supplied from the processing gas supply device 16 into the chamber 30. This processing gas changes the sacrificial film 67 formed on the wafer W into a property that is easily dissolved in a chemical solution, and the resist film 68 and polymer residues adhering to the wafer W (for example, polymer residues generated after the etching process) are dissolved in water. (Fig. 7 (h)). As described above, the processing gas denatures the sacrificial film 67, the resist film, and the polymer residue, but does not damage the insulating film 64. Thus, the width and shape of the via hole 64a and the trench 64b are maintained. The processing of the wafer W by the processing gas is performed for 3 to 5 minutes. The supply amount of the processing gas to the chamber 30 and the exhaust amount from the chamber 30 are adjusted so that the inside of the chamber 30 has a predetermined positive pressure.
[0055]
When the processing of the wafer W with the processing gas is completed, the supply of the processing gas is stopped, a nitrogen gas is supplied from the processing gas supply device 16 into the chamber 30, and the inside of the chamber 30 is purged with the nitrogen gas. During this purging process, when the chamber 30 is subsequently opened, the ozone / nitrogen mixed gas also flows back from the exhaust device 32 to prevent the ozone / nitrogen mixed gas from being exhausted from the chamber 30. Completely exhaust the nitrogen gas mixture.
[0056]
After the end of the purging process with the nitrogen gas, it is confirmed that the internal pressure of the chamber 30 is equal to the external pressure. This is because if the chamber 30 is opened in a state where the internal pressure of the chamber 30 is higher than the atmospheric pressure, the chamber 30 may be damaged. After confirming the internal pressure of the chamber 30, the tightening of the lower container 41a and the lid 41b by the lock mechanism 35 is released, and the lid 41b is raised. When the lid 41b is raised, the wafer W is held by the claw members 46 and rises together with the lid 41b. The wafer transfer arm 14a enters the gap between the lower container 41a and the lid 41b, and transfers the wafer W from the claw member 46 to the wafer transfer arm 14a.
[0057]
In the processing in the film modification processing unit (VOS) 15a, the sacrifice film 67 only changes to a property that is easily dissolved in a chemical solution. 67 is not removed from the wafer W. Then, in order to remove the sacrificial film 67 from the wafer W, the wafer W is carried into one of the cleaning units (CNU) 12a to 12d, where it is subjected to a predetermined chemical solution (for example, diluted hydrofluoric acid or an amine-based chemical solution). The removal process of 67 is performed (FIG. 7 (i)).
[0058]
As an example of the processing in the cleaning processing units (CNU) 12a to 12d, the following method can be given. For example, a chemical is supplied to the surface of the wafer W held in a substantially horizontal posture to form a paddle, and after a predetermined time has elapsed, the wafer W is rotated to shake off the chemical from the surface of the wafer W. Further, a chemical solution is supplied to the surface of the wafer W while rotating the wafer W to completely remove the sacrificial film 67. If the chemical used for removing the sacrificial film 67 is an aqueous solution, the water-soluble modified resist film 68 is dissolved in the chemical and removed. Further, even if the chemical used for removing the sacrificial film 67 is an organic solvent, the resist film 68 is naturally removed when the sacrificial film 67 is removed from the wafer W. After the treatment with the chemical liquid, pure water is supplied to the wafer W while rotating the wafer W, the wafer W is washed with water, and the wafer W is rotated at a high speed to perform spin drying. The spin drying of the wafer W may be performed while supplying a drying gas to the wafer W.
[0059]
FIGS. 8 and 9 are graphs showing the relationship between the thickness and the time required for removing the sacrifice film 67 when the sacrifice film 67 is formed using a commercially available inorganic sacrifice film material. Here, as described above, a method of removing the sacrificial film 67 by performing a chemical solution treatment after performing a denaturing treatment with the processing gas on the sacrificial film 67 (an example), and a method of removing the sacrificial film 67 by the processing gas after the etching process 8 is compared with a method (Comparative Example) in which the sacrificial film 67 is removed by directly performing a chemical treatment on the sacrificial film 67 without performing the denaturation treatment, and FIG. 8 illustrates a case where a dilute hydrofluoric acid aqueous solution is used as the chemical solution. FIG. 9 shows a case where an amine-based chemical solution is used as the chemical solution. As is clear from FIGS. 8 and 9, when the denaturation treatment with the processing gas is performed, the case where the denaturation treatment is not performed The sacrificial film 67 can be removed in a shorter processing time than in the case of the first embodiment.
[0060]
When dilute hydrofluoric acid is used, the denaturation treatment with the processing gas takes 3 to 5 minutes, whereas the time for removing the sacrificial film 67 is about 50 seconds in the case of the example and the comparative example. I don't know. However, in the case of the comparative example, it is necessary to remove the resist film 68 in advance in order to remove the sacrificial film 67, but in the case of the embodiment, it is not necessary to remove the resist film 68 in advance. Therefore, as a result, the time required from the end of the etching process to the removal of the sacrificial film 67 is shorter in the example than in the comparative example.
[0061]
The wafer W that has been subjected to such processing in the cleaning processing units (CNU) 12a to 12d is transferred to one of the hot plate units (HP) 19a to 19d, heated and dried, and then cooled. It is conveyed to one of 21a and 21b and cooled. The wafer W cooled to a predetermined temperature is transferred to a wafer mounting unit (TRS) 18a, from which it is stored in a predetermined position of a carrier C by a wafer transfer device 7.
[0062]
With respect to the wafer W from which the sacrificial film 67 has been removed, a portion where the stopper film 63 is exposed is removed by etching or the like (step 10, FIG. 7 (j)). Thus, a trench wiring element having a dual damascene structure is formed. After that, a barrier metal layer is formed on the inner wall of the via hole 64a and the trench 64b by the CVD method or the like in the formed trench wiring element, and then a conductive material is embedded in the via hole 64a and the trench 64b by the CVD method or the like, and the CMP method is performed. By performing a flattening process using the method described above, a plug in which the lower wiring 62 and the via hole 64a are electrically connected can be formed.
[0063]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to such embodiments. For example, the sacrificial film is not limited to one made of an inorganic material, but may be made of an organic material (for example, a novolak resin material). Further, although the step of forming the resist film 68 directly on the sacrificial film 67 has been described, an antireflection film may be formed on the sacrificial film 67 and the resist film 68 may be formed thereon. Also in this case, when the sacrificial film 67 is denatured and removed, the antireflection film is also removed at the same time.
[0064]
In the above description, an apparatus for processing wafers W one by one (a so-called single-wafer processing apparatus) has been described as the film removal system 100. However, a plurality of (for example, 25) ) Can be performed using an apparatus for processing the wafer W (a so-called batch processing apparatus). Further, although a semiconductor wafer has been exemplified as the substrate, the substrate is not limited to this, and may be a glass substrate used for a liquid crystal display (LCD). The processing gas may contain another component other than ozone and water vapor, for example, hydrogen peroxide.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by processing the sacrificial film used in the process of forming the trench wiring element with the processing gas containing water vapor and ozone, it is possible to change the sacrificial film into a property that is easily dissolved in the chemical solution. Thus, the removal of the sacrificial film can be performed in a short time, and the productivity is improved. Further, since the sacrificial film, the resist film, and the polymer residue are easily dissolved in a chemical solution or pure water, the residue can be reduced, thereby improving the quality of the product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a damascene forming system.
FIG. 2 is a schematic plan view of a film removal system.
FIG. 3 is a schematic front view of a film removal system.
FIG. 4 is a schematic rear view of the film removal system.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a film modification processing unit (VOS) provided in the film removal system.
FIG. 6 is a flowchart showing a step of forming a trench wiring element by a dual damascene method.
FIG. 7 is an explanatory view showing a morphological change in a process of forming a trench wiring element.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the thickness of a sacrifice film and the time required for removing the sacrifice film.
FIG. 9 is another graph showing the relationship between the thickness of the sacrificial film and the time required for removing the sacrificial film.
FIG. 10 is an explanatory view showing a morphological change in a process of forming a trench wiring element by a conventional dual damascene method.
[Explanation of symbols]
2: Processing station
3: Transfer station
4: Carrier station
12a to 12d; cleaning unit (CNU)
15a to 15h; membrane modification processing unit (VOS)
60; insulating film
62; lower wiring
63; stopper film
64; insulating film
65; antireflection film
66; resist film
67; sacrificial film
68; resist film
100; membrane removal system
W; Wafer (substrate)

Claims (7)

犠牲膜を備えた基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
Supplying a processing gas containing water vapor and ozone to the substrate provided with the sacrificial film to denature the sacrificial film;
Removing the denatured sacrificial film from the substrate by treating the substrate with a predetermined chemical solution;
A substrate processing method comprising:
前記基板を前記所定の薬液で処理した後に、前記基板を水洗処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 1, further comprising a step of performing a water washing process on the substrate after the substrate is processed with the predetermined chemical solution. ビアホールを有する被エッチング膜を備えた基板の前記被エッチング膜の表面に、前記ビアホールを埋めるように犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜の表面に、前記ビアホールの幅よりも幅の広い溝を前記ビアホールの上方に有する回路パターンを有する有機質膜を形成する工程と、
前記犠牲膜と前記被エッチング膜をエッチング処理して、前記ビアホールの上部の幅を拡げてトレンチを形成する工程と、
前記基板に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給して前記犠牲膜を変性させる工程と、
前記基板を所定の薬液で処理することによって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
Forming a sacrificial film on the surface of the film to be etched of the substrate having the film to be etched having a via hole, and forming a groove wider than the width of the via hole on the surface of the sacrificial film; Forming an organic film having a circuit pattern having the above the via hole,
Etching the sacrificial film and the film to be etched to form a trench by widening an upper portion of the via hole;
Supplying a processing gas containing water vapor and ozone to the substrate to denature the sacrificial film;
Removing the denatured sacrificial film from the substrate by treating the substrate with a predetermined chemical solution;
A substrate processing method comprising:
前記基板を前記所定の薬液で処理した後に、前記基板を水洗処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の基板処理方法。4. The method according to claim 3, further comprising a step of subjecting the substrate to a water washing process after treating the substrate with the predetermined chemical solution. 前記処理ガスによって前記犠牲膜を変性させる工程において、前記処理ガスは前記有機質膜を変性させ、
前記所定の薬液によって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程において、前記処理ガスによって変性した有機質膜が前記所定の薬液によって除去されることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の基板処理方法。
In the step of modifying the sacrificial film with the treatment gas, the treatment gas modifies the organic film,
5. The method according to claim 3, wherein in the step of removing the sacrificial film denatured from the substrate by the predetermined chemical solution, the organic film modified by the processing gas is removed by the predetermined chemical solution. 6. Substrate processing method.
前記処理ガスによって前記犠牲膜を変性させる工程において、前記処理ガスは前記エッチング処理の後に前記基板に生ずるポリマー残渣を変性させ、
前記所定の薬液によって前記基板から変性した犠牲膜を除去する工程において、前記処理ガスによって変性したポリマー残渣が前記所定の薬液によって除去されることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
In the step of modifying the sacrificial film with the processing gas, the processing gas modifies a polymer residue generated on the substrate after the etching processing,
6. The method according to claim 3, wherein in the step of removing the sacrificial film denatured from the substrate by the predetermined chemical solution, a polymer residue modified by the processing gas is removed by the predetermined chemical solution. 7. 2. The substrate processing method according to claim 1.
前記犠牲膜は無機系材料からな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。7. The method according to claim 1, wherein the sacrificial film is made of an inorganic material.
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