JP2010192197A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に所望のプラズマ処理を適切に施すことができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１０は、ウエハＷを収容するチャンバ１１内部をプラズマ生成室１２及びウエハ処理室１３に仕切るイオントラップ１４と、プラズマ生成室１２内に配置される高周波アンテナ１５と、プラズマ生成室１２内に処理ガスを導入する処理ガス導入部１６と、ウエハ処理室１３内に配置されてウエハＷを載置し且つバイアス電圧が印加される載置台１７とを備え、イオントラップ１４は、プラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向けて二重に配置された板状の上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１を有し、上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１のそれぞれは設置された導電体２０ａ，２１ａと該導電体２０ａ，２１ａの表面を覆う絶縁体からなる絶縁膜２０ｂ，２１ｂとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関し、高周波アンテナを用いて発生させたプラズマを用いる基板処理装置及び基板処理方法に関する。
基板としてのウエハにプラズマを用いた処理、例えば、ＣＶＤ処理やプラズマエッチング処理を施す基板処理装置として、容量結合プラズマを生成して用いるもの、誘導結合プラズマを生成して用いるもの、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを生成して用いるもの、マイクロ波プラズマを生成して用いるものが知られている。これらの装置はいずれもウエハを収容して該ウエハにプラズマを用いた処理を施す収容室を備える。
上記のうち誘導結合プラズマを用いる基板処理装置は、プラズマを生成する際に高周波電力を効率良く利用するために高周波アンテナを収容室内に備える（例えば、特許文献１参照。）。この基板処理装置では高密度のプラズマ、例えば、イオン濃度が約１０１０〜１０１１ｃｍ−３のプラズマを容易に得ることができる。
特開２００７−２２０６００号公報
しかしながら、収容室内に発生するプラズマが高密度になると、該プラズマから発光される紫外線光の強度が大きくなり、該紫外線光がウエハ上に形成された膜に好ましくない影響を与えることがある。また、プラズマが高密度になるとバイアス電圧が印加される載置台に載置されたウエハに引きこまれるイオンの数が増加し、スパッタリングによってウエハ上に形成された各種膜が特定方向に消耗しすぎることがある。すなわち、高周波アンテナによって生じた高密度のプラズマをそのまま用いると、ウエハに所望のプラズマ処理を適切に施すことができない虞がある。
本発明の目的は、基板に所望のプラズマ処理を適切に施すことができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台とを備える基板処理装置であって、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有することを特徴とする。
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記仕切部材は、前記プラズマ生成室から前記基板処理室へ向けて少なくとも二重に配置された板状部材からなり、各前記板状部材は表面を覆う絶縁体とを有することを特徴とする。
請求項３記載の基板処理装置は、請求項２記載の基板処理装置において、各前記板状部材は重ね合わせ方向に貫通する複数の貫通孔を有し、前記プラズマ生成室から前記基板処理室へ向けて眺めたとき、一の前記板状部材における各前記貫通孔は、他の前記板状部材における各前記貫通孔と重ならないことを特徴とする。
請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記基板処理室内に他の処理ガスを導入する他の処理ガス導入部をさらに備えることを特徴とする。
請求項５記載の基板処理装置は、請求項４記載の基板処理装置において、前記他の処理ガス導入部は複数のガス吹き出し口を有し、前記複数のガス吹き出し口は前記仕切部材における前記基板処理室側において分散して配置されることを特徴とする。
請求項６記載の基板処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記高周波アンテナ及び前記仕切部材の間の距離は３０ｍｍ以上であることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項７記載の基板処理方法は、基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台と、前記基板処理室内に他の処理ガスを導入する他の処理ガス導入部とを備え、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、前記他の処理ガス導入部が前記基板処理室内にシラン系のガスを導入する原料ガス導入ステップと、前記処理ガス導入部が前記プラズマ生成室内に酸素ガスを導入し、前記高周波アンテナが前記酸素ガスからプラズマを生成するプラズマ生成ステップとを有することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項８記載の基板処理方法は、基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台とを備え、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、前記処理ガス導入部が前記プラズマ生成室内に水素ガスを導入し、前記高周波アンテナが前記水素ガスからプラズマを生成するプラズマ生成ステップを有し、前記基板の表面の少なくとも一部に異物が堆積していることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理方法は、基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台とを備え、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、前記処理ガス導入部が前記プラズマ生成室内に酸素ガスを導入し、前記高周波アンテナが前記酸素ガスからプラズマを生成するプラズマ生成ステップを有し、前記基板は、その表面に形成されたフォトレジストからなる所定の幅を有する突形状を有することを特徴とする。
請求項１記載の基板処理装置によれば、仕切部材が収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切るので、プラズマ生成室で生じた高密度のプラズマから基板処理室へ向けて発光される紫外線光を遮断することができ、もって、基板へ到達する紫外線光の強度を低下させることができる。また、仕切部材は導電体の表面を覆う絶縁体を有するので、プラズマ生成室で生成されたプラズマが基板処理室へ向かう際、まず絶縁体に電子がチャージされ、該電子にプラズマ中のイオンの大部分が引きつけられて仕切部材の近傍にシースが発生する。すなわち、プラズマ中のイオンの大部分が仕切部材近傍に留まるため、バイアス電圧が印加される載置台に載置された基板に引きこまれるイオンの数を抑制することができる。その結果、プラズマ中のラジカルを優先的に基板へ到達させることができる。さらに、仕切部材は接地された導電体を有するので、仕切部材はバイアス電圧が印加されて電極として機能する載置台の対向電極となり、基板処理室内において確実に電界を生じさせることができる。以上より、基板に所望のプラズマ処理を適切に施すことができる。
請求項２記載の基板処理装置によれば、仕切部材は、プラズマ生成室から基板処理室へ向けて少なくとも二重に配置された板状部材からなるので、高密度のプラズマから発光される紫外線光を確実に遮断することができるとともに、各板状部材は表面を覆う絶縁体とを有するので、板状部材のそれぞれがイオンを引きつけることができ、これにより、プラズマ中のイオンが大量に仕切部材を通過するのを確実に阻止することができる。
請求項３記載の基板処理装置によれば、各板状部材は重ね合わせ方向に貫通する複数の貫通孔を有するので、プラズマは仕切部材をプラズマ生成室から基板処理室へ向けて通過することができるが、プラズマ生成室から基板処理室へ向けて眺めたとき、一の板状部材における各貫通孔は、他の板状部材における各貫通孔と重ならないので、バイアス電圧によってプラズマ生成室から基板処理室へ直線状に移動するイオンは仕切部材を通過することができない。その結果、プラズマ中のラジカルをより優先的に基板処理室内の載置台に載置された基板へ到達させることができる。
請求項４記載の基板処理装置によれば、基板処理室内に他の処理ガスを導入する他の処理ガス導入部をさらに備えるので、基板に対してプラズマ処理だけでなく他の処理ガスを用いた処理を施すことができ、処理のバリエーションを増加させることができる。
請求項５記載の基板処理装置によれば、他の処理ガス導入部の複数のガス吹き出し口は仕切部材における基板処理室側において分散して配置されるので、他の処理ガスを基板処理室内へ分散して導入することができ、もって、他の処理ガスを用いた処理を基板へ均一に施すことができる。
請求項６記載の基板処理装置によれば、高周波アンテナ及び仕切部材の間の距離は３０ｍｍ以上であるので、高周波アンテナから発生する磁界の形成を仕切部材が阻止するのを抑制することができ、もって、プラズマ生成室におけるプラズマの生成を効率的に行うことができる。
請求項７記載の基板処理方法によれば、プラズマ生成室で生じた高密度のプラズマから発光される紫外線光を遮断し、基板に引きこまれるプラズマ中のイオンの数を抑制してラジカルを優先的に基板に到達させる基板処理装置において、基板処理室内にシラン系のガスが導入され、その後、プラズマ生成室内で酸素ガスからプラズマが生成されるので、基板の表面にシラン系のガスが吸着された後、該基板に酸素ラジカルが優先的に到達する。その結果、基板上に形成された各種膜の紫外線光による変質やイオンスパッタによる消耗を防止しながら、シラン系のガス中のシリコン及び酸素ラジカルの化学反応によって基板の表面に二酸化珪素の膜を確実に形成することができる。
請求項８記載の基板処理方法によれば、プラズマ生成室で生じた高密度のプラズマから発光される紫外線光を遮断し、基板に引きこまれるプラズマ中のイオンの数を抑制してラジカルを優先的に基板に到達させる基板処理装置において、プラズマ生成室内で水素ガスからプラズマが生成されるので、表面の少なくとも一部に異物が堆積している基板に水素ラジカルを優先的に到達させることができ、堆積した異物をイオンによってスパッタすることなく水素ラジカルと優先的に化学反応させることができる。したがって、水素ラジカルと反応しない物質から形成される他の膜の消耗を防止しながら基板の表面の少なくとも一部に堆積した異物のみを除去することができる。
請求項９記載の基板処理方法によれば、プラズマ生成室で生じた高密度のプラズマから発光される紫外線光を遮断し、基板に引きこまれるプラズマ中のイオンの数を抑制してラジカルを優先的に基板に到達させる基板処理装置において、プラズマ生成室内で酸素ガスからプラズマが生成されるので、フォトレジストからなる所定の幅を有する突形状が形成された基板に酸素ラジカルを優先的に到達させることができ、フォトレジストをイオンによってスパッタすることなく酸素ラジカルと優先的に化学反応させることができる。フォトレジストからなる突形状は現像される際にその側面の組織が化学的に弱くなる。したがって、突形状の側面が選択的にラジカルとの化学反応によってエッチングされる。その結果、突形状の高さを余り低くすることなく突形状の幅を縮小することができる。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１におけるイオントラップの構成を概略的に示す部分拡大断面図である。 本実施の形態に係る基板処理方法としての成膜方法を示す工程図である。 本実施の形態に係る基板処理方法としてのドライクリーニング方法を示す工程図である。 本実施の形態に係る基板処理方法としてのトリミング方法を示す工程図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
図１において、基板処理装置１０は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを内部に収容する略円筒状のチャンバ１１（収容室）と、該チャンバ１１の内部を高さ方向において２つに分割するように配置されてプラズマ生成室１２及びウエハ処理室１３に仕切るイオントラップ１４（仕切部材）と、プラズマ生成室１２内に配置される複数の高周波アンテナ１５と、プラズマ生成室１２内に処理ガスを導入する処理ガス導入部１６と、ウエハ処理室１３内においてイオントラップ１４と対向するように配置される載置台１７と、該載置台１７にバイアス電圧を印加する高周波電源１８と、ウエハ処理室１３内を排気し且つ圧力を調整する排気装置１９とを備える。
図２は、図１におけるイオントラップの構成を概略的に示す部分拡大断面図である。
図２において、イオントラップ１４は、プラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向けて二重に配置された板状の上側イオントラップ板２０（一の板状部材）及び下側イオントラップ板２１（他の板状部材）と、上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１の間の間隔を所定の値に維持するスペーサー２２とを有する。上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１のそれぞれは設置された導電体２０ａ，２１ａと該導電体２０ａ，２１ａの表面を覆う絶縁体からなる絶縁膜２０ｂ，２１ｂと、重ね合わせ方向（プラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向かう方向）に貫通する複数の貫通孔２０ｃ，２１ｃとを有する。各貫通孔２０ｃは、プラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向けて眺めたとき、各貫通孔２１ｃと重ならない。
また、導電体２０ａ，２１ａは金属、例えば、アルミニウムからなり、絶縁膜２０ｂ，２１ｂは、例えば、アルマイトやイットリアからなる。なお、下側イオントラップ板２１のウエハ処理室１３側を石英で覆い、さらにシリコンを溶着して構成してもよく、この場合、該シリコンに直流電圧を印加してもよい。
イオントラップ１４では、下側イオントラップ板２１がウエハ処理室１３側においてほぼ均等に分散して配置された複数のガス吹き出し口２３（他の処理ガス導入部）を有する。複数のガス吹き出し口２３は処理ガス導入部１６が導入する処理ガスとは他の処理ガスをウエハ処理室１３内に導入する。
また、イオントラップ１４の各上側イオントラップ板２０、下側イオントラップ板２１における導電体２０ａ，２１ａは接地されており、バイアス電圧が印加される載置台１７はイオントラップ１４と対向するため、イオントラップ１４はバイアス電圧に関して載置台１７の対向電極として機能する。これにより、ウエハ処理室１３内にイオントラップ１４から載置台１７へ向けて確実に電界が発生する。
図１に戻り、高周波アンテナ１５は、アンテナ心材と、該心材をプラズマ生成室１２内において覆う、例えば、石英からなるチューブとからなり、高周波電力をプラズマ生成室１２内に印加する。高周波アンテナ１５はイオントラップ１４から少なくとも３０ｍｍ以上離間して配置される。また、複数の高周波アンテナ１５は、プラズマ生成室１２内にプラズマＰが均等に発生するように、プラズマ生成室１２内において分散して配置される。なお、高周波アンテナ１５のチューブは腐食対策のために、例えば、イットリアで覆われる。
基板処理装置１０においてウエハＷにプラズマ処理を施す際、まず、排気装置１９がチャンバ１１内の圧力を１．３×１０−３〜１．３×１０４Ｐａ（１０−５〜１００Ｔｏｒｒ）に維持し、各高周波アンテナ１５はプラズマ生成室１２内に、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、処理ガス導入部１６は処理ガスをプラズマ生成室１２内に導入する。このとき、導入された処理ガスは高周波電力によって励起されて高密度、例えば、イオン濃度が約１０１０〜１０１１ｃｍ−３のプラズマＰになる。プラズマＰの生成において複数の高周波アンテナ１５による高周波電力の印加のシーケンスはプラズマ処理の内容に応じて所望のシーケンスを用いることができる。例えば、全ての高周波アンテナ１５が同時に高周波電力を印加してもよいし、各高周波アンテナ１５がプラズマ生成室１２内で円を描くように順番に高周波電力を印加してもよい。また、高周波アンテナ１５が印加する高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限られず、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚのいずれかの周波数の高周波電力を印加してもよい。
プラズマ生成室１２内に生成されたプラズマＰは重力や載置台１７に印加されたバイアス電圧によってウエハ処理室１３内へ向けて移動する。プラズマＰがイオントラップ１４に到達すると、プラズマＰ中の電子が上側イオントラップ板２０や下側イオントラップ板２１の絶縁膜２０ｂ，２１ｂにチャージされ、該チャージされた電子によってプラズマＰ中のイオンの大部分が引きつけられて上側イオントラップ板２０や下側イオントラップ板２１の近傍にシース２４が発生する（図２参照。）。すなわち、プラズマＰ中のイオンの大部分がイオントラップ１４の近傍に留まるため、載置台１７に載置されたウエハＷに引きこまれるイオンの数が抑制される。また、イオントラップ１４は、プラズマ生成室１２及びウエハ処理室１３の間に介在するため、プラズマ生成室１２内において生成されたプラズマＰからウエハ処理室１３内へ向けて発光される紫外線光を遮断する。
イオントラップ１４を通過したプラズマＰは、その後、載置台１７に載置されたウエハＷに到達して該ウエハＷにプラズマ処理を施す。
本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、イオントラップ１４がチャンバ１１内をプラズマ生成室１２及びウエハ処理室１３に仕切り、該イオントラップ１４はプラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向けて二重に配置された板状の上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１からなるので、ウエハＷへ到達する紫外線光の強度を確実に低下させることができる。また、イオントラップ１４の上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１は、導電体２０ａ，２１ａの表面を覆う絶縁膜２０ｂ，２１ｂを有するので、プラズマ生成室１２で生成されたプラズマＰがウエハ処理室１３へ向かう際、上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１のそれぞれがイオンを引きつけることができ、プラズマＰ中のイオンの大部分がイオントラップ１４近傍に留まる。その結果、プラズマＰ中のラジカルを優先的にウエハＷへ到達させることができる。さらに、イオントラップ１４は接地された導電体２０ａ，２１ａを有するので、ウエハ処理室１３内においてイオントラップ１４から載置台１７へ向けた電界を確実に生じさせることができる。以上より、ウエハＷに所望のプラズマ処理を適切に施すことができる。
上述した基板処理装置１０では、上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１は重ね合わせ方向に貫通する複数の貫通孔２０ｃ，２１ｃを有するので、プラズマＰはイオントラップ１４をプラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向けて通過することができるが、プラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ向けて眺めたとき、上側イオントラップ板２０における各貫通孔２０ｃは、下側イオントラップ板２１における各貫通孔２１ｃと重ならないので、バイアス電圧によってプラズマ生成室１２からウエハ処理室１３へ直線状に移動するイオンは上側イオントラップ板２０又は下側イオントラップ板２１に衝突してイオントラップ１４を通過することができない。その結果、プラズマＰ中のラジカルをより優先的に載置台１７に載置されたウエハＷへ到達させることができる。
また、上述した基板処理装置１０は、複数のガス吹き出し口２３をさらに備え、該複数のガス吹き出し口２３はイオントラップ１４におけるウエハ処理室１３側において分散して配置されるので、ウエハＷに対してプラズマ処理だけでなく他の処理ガスを用いた処理を施すことができ、処理のバリエーションを増加させることができるとともに、他の処理ガスをウエハ処理室１３内へ分散して導入することができ、もって、他の処理ガスを用いた処理をウエハＷへ均一に施すことができる。
さらに、上述した基板処理装置１０では、高周波アンテナ１５及びイオントラップ１４の間の距離は少なくとも３０ｍｍ以上であるので、高周波アンテナ１５から発生する磁界の形成をイオントラップ１４が阻止するのを抑制することができ、もって、プラズマ生成室１２におけるプラズマＰの生成を効率的に行うことができる。
また、基板処理装置１０では、プラズマ生成室１２及びウエハ処理室１３の間にイオントラップ１４が介在するので、プラズマ生成室１２内の圧力とウエハ処理室１３内の圧力との差を発生させることができる。例えば、プラズマ生成室１２内の圧力をウエハ処理室１３の圧力よりも高くなるように設定してもよい。このとき、ウエハＷのプラズマ処理の際に発生する副生成物がウエハ処理室１３からプラズマ生成室１２へ逆流して高周波アンテナ１５へ付着するのを防止することができる。
上述した基板処理装置１０では、イオントラップ１４が上側イオントラップ板２０及び下側イオントラップ板２１によって構成されたが、イオントラップ１４は１つ又は３つ以上のイオントラップ板によって構成されてもよい。
次に、本実施の形態に係る基板処理方法について説明する。
図３は、本実施の形態に係る基板処理方法としての成膜方法を示す工程図である。この成膜方法では、ウエハＷの表面に二酸化珪素膜を形成する。
基板処理装置１０において、まず、ウエハＷをウエハ処理室１３内に収容して載置台１７に載置し、各ガス吹き出し口２３からウエハ処理室１３内にシラン系のガスであるＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）３０を導入する（原料ガス導入ステップ）。ＢＴＢＡＳ３０はシリコンを多量に含有するガスであり、導入されたＢＴＢＡＳ３０はウエハＷの表面に付着する（図３（Ａ））。
次いで、ＢＴＢＡＳ３０の導入を停止し、プラズマ生成室１２内に酸素ガスを導入し、高周波アンテナ１５によってプラズマ生成室１２内に高周波電力を印加して酸素プラズマを生成する（プラズマ生成ステップ）。生成された酸素プラズマは重力や載置台１７に印加されたバイアス電圧によってウエハ処理室１３内へ向けて移動するが、イオントラップ１４によって酸素プラズマ中の酸素イオンの大部分がイオントラップ１４の近傍に留まるため、酸素プラズマ中の酸素ラジカル３１が優先的にウエハＷへ到達する。このとき、プラズマ生成室１２内の酸素プラズマがウエハ処理室１３へ向けて発光する紫外線はイオントラップ１４によって遮断される。
その結果、ウエハＷ上に形成された各種膜（形成されつつある二酸化珪素膜も含む）の紫外線光による変質や、酸素イオンスパッタによる予想外の消耗を防止しながら、ＢＴＢＡＳ３０中のシリコン及び酸素ラジカル３１の化学反応を行うことができ、これにより、ウエハＷの表面に二酸化珪素膜３２を確実に形成することができる（図３（Ｃ））。
なお、上述した原料ガス導入ステップ及びプラズマ生成ステップを交互に繰り返してもよい。これにより、所定の厚さの二酸化珪素の膜を容易に形成することができる。
上述した成膜方法では、シラン系のガスとしてＢＴＢＡＳを用いたが、シラン系のガスはこれに限られず、例えば、ジクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、モノシラン、ジシラン、ヘキサメチルジシラザン、テトラクロロシラン、ジシリルアミン、又はトリシリルアミンを用いてもよい。
図４は、本実施の形態に係る基板処理方法としてのドライクリーニング方法を示す工程図である。このドライクリーニング方法では、ＰＭＤ（Pre-Metal Dielectric）膜にドライエッチングでＮｉＳｉ層へのコンタクトホールを形成した際に露出したＮｉＳｉ層の表面に堆積した異物を除去する。
従来、ドライエッチング後に露出した層の表面に堆積した異物を除去するために薬液等を用いるウェット洗浄、例えば、ＲＣＡ洗浄がウエハＷに施されていた。しかしながら、ウェット洗浄では薬液と異物の化学反応が余り促進されず、異物を完全に除去することは困難であり、歩留まりが低下することがある。また、ウェット洗浄は乾燥工程を必要とするため、スループットを低下させる。さらに、今後、絶縁膜として有機系の膜、例えば、Ｌｏｗ−ｋ膜が多用されることが予想されるが、有機系の膜は薬液を吸収し、吸収された薬液が後の工程で蒸発して後の処理に悪影響を及ぼすこともある。
そこで、本実施の形態では、基板処理装置１０により、プラズマを用いたドライクリーニングによって異物を除去する。
まず、シリコン基板４０上にＮｉＳｉ層４１、ＰＭＤ層４２、及び該ＰＭＤ層４２を一部露出させるフォトレジスト層４３が順に積層されているウエハＷ（図４（Ａ））において、ドライクリーニングによってＰＭＤ層４２をエッチングしてＮｉＳｉ層４１を一部露出させるコンタクトホール４４を形成する。このとき、コンタクトホール４４の底部に露出したＮｉＳｉ層４１の表面にはドライエッチングの際に生じた反応生成物を主成分とする異物４５が堆積する（図４（Ｂ））。
次いで、酸素プラズマを用いたアッシングによってフォトレジスト層４３を除去する（図４（Ｃ））。このときもアッシングの際に生じた反応生成物がさらに異物４５として堆積する。
次いで、基板処理装置１０において、ウエハＷをウエハ処理室１３内に収容して載置台１７に載置し、プラズマ生成室１２内に水素ガスを導入し、高周波アンテナ１５によってプラズマ生成室１２内に高周波電力を印加して水素プラズマを生成する（プラズマ生成ステップ）。生成された水素プラズマは重力や載置台１７に印加されたバイアス電圧によってウエハ処理室１３内へ向けて移動するが、イオントラップ１４によって水素プラズマ中の水素イオンの大部分がイオントラップ１４の近傍に留まるため、水素プラズマ中の水素ラジカル４６が優先的にウエハＷへ到達する（図４（Ｄ））。
したがって、異物４５を水素イオンによってスパッタすることなく水素ラジカル４６と優先的に化学反応させることができる。このとき、水素ラジカル４６は異物４５を化学反応によって反応生成物に変化させて昇華させることによって除去する（図４（Ｅ））。また、ウエハＷに水素イオンの大部分が到達しないので、水素イオンによって水素ラジカル４６と反応しない物質から形成される他の膜の消耗を防止することができる。さらに、水素ラジカル４６は活性種であり、異物４５の化学反応を促進するため、異物４５をほぼ完全に除去することができるとともに、化学反応を用いて異物４５を除去するため、水素ラジカルとの化学反応の対象である異物４５が完全に除去されれば、水素ラジカルによる化学反応は自動的に終了し、他の膜を消耗するのを自動的に防止することができる。
図５は、本実施の形態に係る基板処理方法としてのトリミング方法を示す工程図である。このトリミング方法では、強アルカリ溶液を用いて現像されたフォトレジストからなる突形状の幅を縮小する（トリミングする）。
通常、フォトレジストを用いてウエハ上に所定のパターンのフォトレジストからなるマスク膜を現像する際、まず、スピンコータによってウエハ上の全面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成した後、所定のパターンと反転したパターンの紫外線光をフォトレジスト膜に照射して該反転したパターンに対応するフォトレジスト膜の一部をアルカリ可溶性に変質させ、さらに、強アルカリ溶液によって変質したフォトレジスト膜の一部を除去する。
ところで、近年、半導体デバイスの微細化に伴いウエハ上に形成されるトレンチの幅が２０ｎｍ以下となりつつある。一方、従来のステッパーによるマスク膜の現像だけではトレンチの幅を５０ｎｍ以下にすることができないため、現在、ステッパーによってフォトレジストからなるマスク膜を現像した後、マスク膜における突形状を酸素プラズマによってエッチングして該突形状の幅を縮小することが検討されている。
しかしながら、従来の酸素プラズマによるエッチングでは酸素ラジカルだけでなく酸素イオンもマスク膜に到達する。一般に方向性を持たない酸素ラジカルは突形状を等方的にエッチングするが、酸素イオンはバイアス電圧によって進行方向が定められるため、突形状を高さ方向にスパッタしてエッチングする。したがって、突形状において酸素プラズマによるエッチングで所望の幅を得た場合、突形状の高さが低くなりすぎてマスク膜として機能しなくなる虞がある。
そこで、本実施の形態では、基板処理装置１０により、マスク膜における突形状のフォトレジストを酸素ラジカルと優先的に化学反応させて該突形状の幅を縮小する。
まず、ＳｉＮ層５０、ＢＡＲＣ層５１、及び該ＢＡＲＣ層５１を一部露出させるフォトレジストからなる突形状５２が順に積層されているウエハＷ（図５（Ａ））をウエハ処理室１３内に収容して載置台１７に載置し、プラズマ生成室１２内に酸素ガスを導入し、高周波アンテナ１５によってプラズマ生成室１２内に高周波電力を印加して酸素プラズマを生成する（プラズマ生成ステップ）。生成された酸素プラズマは重力や載置台１７に印加されたバイアス電圧によってウエハ処理室１３内へ向けて移動するが、イオントラップ１４によって酸素プラズマ中の酸素イオンの大部分がイオントラップ１４の近傍に留まるため、酸素プラズマ中の酸素ラジカル５３が優先的にウエハＷへ到達する（図５（Ｂ））。
ところで、突形状５２の側面はフォトレジストがアルカリ可溶性へ変質する部分との境界であり、マスク膜の現像の際、強アルカリ溶液に晒されるため、組織が化学的に弱くなる。したがって、方向性を持たない酸素ラジカル５３は突形状５２の側面を選択的に化学反応によってエッチングする。また、酸素イオンの大部分は突形状５２へ到達しないため、突形状５２は酸素イオンによってスパッタされることが殆どない。
さらに、フォトレジストは紫外線光によってシュリンクすることがあるため、プラズマ生成室１２内の酸素プラズマからウエハ処理室１３へ向けて発光される紫外線光によって突形状５２が高さ方向にシュリンクする虞があるが、基板処理装置１０では、プラズマ生成室１２内の酸素プラズマが発光する紫外線はイオントラップ１４によって遮断されるため、突形状５２が高さ方向にシュリンクすることもない。
その結果、突形状５２の高さを余り低くすることなく突形状５２の幅を縮小することができる（図５（Ｃ））。
なお、本発明者は上述したトリミング方法によって所定の幅の突形状５２の幅を縮小させたところ、トリミング時間の経過とともに突形状５２のアスペクト比が増加することを確認した（例えば、トリミング時間７秒経過でアスペクト比が３．６、トリミング時間１４秒経過でアスペクト比が４．０、トリミング時間２１秒経過でアスペクト比が４．２）。すなわち、上述したトリミング方法を用いることによって突形状５２の高さを余り低くすることなく突形状５２の幅を縮小することができることが分かった。
なお、上述した本実施の形態では、用いられる基板が半導電体ウエハであったが、用いられる基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ プラズマ生成室
１３ ウエハ処理室
１４ イオントラップ
１６ 処理ガス導入部
１７ 載置台
２０ 上側イオントラップ板
２０ａ，２１ａ 導電体
２０ｂ，２１ｂ 絶縁膜
２０ｃ，２１ｃ 貫通孔
２１ 下側イオントラップ板
２３ ガス吹き出し口
３０ ＢＴＢＡＳ
３１，５３ 酸素ラジカル
３２ 二酸化珪素膜
４５ 異物
４６ 水素ラジカル
５２ 突形状

Claims (9)

  1. 基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台とを備える基板処理装置であって、
    前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記仕切部材は、前記プラズマ生成室から前記基板処理室へ向けて少なくとも二重に配置された板状部材からなり、各前記板状部材は表面を覆う絶縁体とを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 各前記板状部材は重ね合わせ方向に貫通する複数の貫通孔を有し、
    前記プラズマ生成室から前記基板処理室へ向けて眺めたとき、一の前記板状部材における各前記貫通孔は、他の前記板状部材における各前記貫通孔と重ならないことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記基板処理室内に他の処理ガスを導入する他の処理ガス導入部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記他の処理ガス導入部は複数のガス吹き出し口を有し、前記複数のガス吹き出し口は前記仕切部材における前記基板処理室側において分散して配置されることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
  6. 前記高周波アンテナ及び前記仕切部材の間の距離は３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  7. 基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台と、前記基板処理室内に他の処理ガスを導入する他の処理ガス導入部とを備え、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記他の処理ガス導入部が前記基板処理室内にシラン系のガスを導入する原料ガス導入ステップと、
    前記処理ガス導入部が前記プラズマ生成室内に酸素ガスを導入し、前記高周波アンテナが前記酸素ガスからプラズマを生成するプラズマ生成ステップとを有することを特徴とする基板処理方法。
  8. 基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台とを備え、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記処理ガス導入部が前記プラズマ生成室内に水素ガスを導入し、前記高周波アンテナが前記水素ガスからプラズマを生成するプラズマ生成ステップを有し、
    前記基板の表面の少なくとも一部に異物が堆積していることを特徴とする基板処理方法。
  9. 基板を収容する収容室と、該収容室をプラズマ生成室及び基板処理室に仕切る仕切部材と、前記プラズマ生成室内に配置される高周波アンテナと、前記プラズマ生成室内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、前記基板処理室内に配置されて前記基板を載置し且つバイアス電圧が印加される載置台とを備え、前記仕切部材は、接地された導電体と該導電体の表面を覆う絶縁体とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記処理ガス導入部が前記プラズマ生成室内に酸素ガスを導入し、前記高周波アンテナが前記酸素ガスからプラズマを生成するプラズマ生成ステップを有し、
    前記基板は、その表面に形成されたフォトレジストからなる所定の幅を有する突形状を有することを特徴とする基板処理方法。
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