JP2013145925A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低誘電率膜のダメージ回復処理を行う際に、回復処理に寄与する処理ガスの量を十分に確保しつつ、処理ガスの使用量を減少させることができる処理装置を提供すること。
【解決手段】メチル基を有する処理ガスを用いて被処理基板Ｗの低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置１は、被処理基板Ｗを処理容器１１内の載置台１２に載置してヒータ１５により加熱した状態で、希釈ガス供給配管２２およびガス導入部２０を介して希釈ガスを導入し、処理容器１１内の圧力を処理圧力よりも低圧の第１の圧力まで上昇させ、その後、希釈ガスを停止し、処理ガスを処理ガス供給配管２１およびガス導入部２０を介して処理容器１１内の被処理基板存在領域に導入し、回復処理の際の第２の圧力まで上昇させ、処理容器１１を第２の圧力に維持し、ダメージ層を回復させる回復処理を行うように制御する制御部５０を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ダマシン法によって形成される半導体装置において層間絶縁膜として用いられる低誘電率膜に、エッチングやアッシングにより形成されたダメージを回復する処理を行う処理装置に関する。

近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低下ならびに配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められており、それに対応して、配線材料に従来のアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）が用いられており、Ｃｕ配線を形成する技術として、予め層間絶縁膜等に配線溝または接続孔を形成し、その中にＣｕを埋め込むダマシン法が多用されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、半導体装置の微細化にともない、層間絶縁膜のもつ寄生容量は配線のパフォーマンスを向上させる上で重要な因子となってきており、層間絶縁膜として低誘電率材料で構成された低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が用いられつつある。Ｌｏｗ−ｋ膜を構成する材料としては、メチル基等のアルキル基を末端基として有するものが一般的に用いられている。

ところで、上記のような従来のダマシンプロセスにおいては、エッチングやレジスト膜除去（アッシング）の際に、Ｌｏｗ−ｋ膜がダメージを受ける。このようなダメージは、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率の上昇をもたらし、層間絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜を用いる効果が損なわれてしまう。

この種のダメージを回復させる技術として、特許文献２には、エッチングやレジスト膜除去後に、シリル化剤を用いた回復処理を行うことが提案されている。この処理は、ダメージを受けて末端基が−ＯＨ基となったダメージ層の表面をシリル化剤のようなメチル基を有する処理ガスで改質してメチル基またはメチル基を含む基を末端基とするものである。

このような回復処理を行うためのシリル化剤等の処理ガスは、高価なものが多いため、極力その使用量を減らすべく、Ｎ_２等の希釈ガスで希釈して用いることが試みられている。

特開２００２−０８３８６９号公報 特開２００６−０４９７９８号公報

しかしながら、メインの処理ガスを希釈ガスで希釈してチャンバ内に導入すると、希釈ガスにより希釈されることによって単純に処理ガスの濃度が低下し、反応量も低下してしまうため、十分な回復処理が行えない場合も生じてしまう。また、このような回復処理は、Ｌｏｗ−ｋ膜が形成された半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）を載置台に載置し、載置台に設けられたヒータによりウエハを載置しながら行われるが、チャンバ内は減圧状態であるため、ウエハが処理温度になるまでの間に時間がかかり、希釈ガスで希釈した処理ガスをチャンバ内に導入する場合には、処理温度になるまでに導入した処理ガスが無駄になってしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、低誘電率膜のダメージ回復処理を行う際に、回復処理に寄与する処理ガスの量を十分に確保しつつ、処理ガスの使用量を減少させることができる処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、表面部分にダメージ層が形成された低誘電率膜を有する被処理基板に対して、メチル基を有する処理ガスを用いて前記低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する載置台と、前記処理容器内で被処理基板を加熱するヒータと、前記処理容器内に前記メチル基を有する処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入部と、前記ガス導入部に接続し、前記処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、前記ガス導入部に接続し、前記希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管と、前記処理ガスおよび前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部と、前記処理容器内を排気する排気機構と、被処理基板を載置台に載置してヒータにより加熱した状態で、前記処理容器内に前記希釈ガス供給配管および前記ガス導入部を介して前記流量制御部により流量を制御して前記希釈ガスを導入し、前記排気機構により前記処理容器内の圧力を回復処理の際の処理圧力よりも低圧の第１の圧力まで上昇させ、その後、前記希釈ガスを停止し、前記処理ガスを前記処理ガス供給配管および前記ガス導入部を介して前記処理容器内の被処理基板の存在領域に導入し、前記処理容器内の圧力を回復処理の際の処理圧力である第２の圧力まで上昇させ、前記処理容器内を前記第２の圧力に維持し、被処理基板に対して回復処理を行い、前記低誘電率膜に形成されたダメージ層を回復させるように制御する制御部とを備えることを特徴とする処理装置を提供する。

上記第１の観点において、前記ガス導入部は、前記希釈ガスを導入するための希釈ガス吐出孔と、前記処理ガスを導入するための処理ガス吐出孔とを有するものとすることができる。また、前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記処理ガス吐出孔と前記希釈ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に交互に形成される構成とすることができる。前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記処理ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に形成され、前記希釈ガス吐出孔は、前記被処理基板が存在しない領域に対向する領域に形成される構成とすることもできる。

本発明の第２の観点では、表面部分にダメージ層が形成された低誘電率膜を有する被処理基板に対して、メチル基を有する処理ガスを用いて前記低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する載置台と、前記処理容器内で被処理基板を加熱するヒータと、前記処理容器内に前記メチル基を有する処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入部と、前記ガス導入部に接続し、前記処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、前記ガス導入部に接続し、前記希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管と、前記処理ガスおよび前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部と、前記処理容器内を排気する排気機構とを備え、前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記希釈ガスを導入するための希釈ガス吐出孔と、前記処理ガスを導入するための処理ガス吐出孔とを有し、前記処理ガス吐出孔と前記希釈ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に交互に形成されることを特徴とする処理装置を提供する。

本発明の第３の観点では、表面部分にダメージ層が形成された低誘電率膜を有する被処理基板に対して、メチル基を有する処理ガスを用いて前記低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する載置台と、前記処理容器内で被処理基板を加熱するヒータと、前記処理容器内に前記メチル基を有する処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入部と、前記ガス導入部に接続し、前記処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、前記ガス導入部に接続し、前記希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管と、前記処理ガスおよび前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部と、前記処理容器内を排気する排気機構とを備え、前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記希釈ガスを導入するための希釈ガス吐出孔と、前記処理ガスを導入するための処理ガス吐出孔とを有し、前記処理ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に形成され、前記希釈ガス吐出孔は、前記被処理基板が存在しない領域に対向する領域に形成されることを特徴とする処理装置を提供する。

本発明によれば、所定の減圧状態にされた前記処理容器内に希釈ガスを導入して、前記処理容器内の圧力を回復処理の際の処理圧力よりも低圧の第１の圧力まで上昇させ、その後希釈ガスを停止し、前記処理ガスを前記処理容器内の被処理基板の存在領域に導入して、前記処理容器内の圧力を回復処理の際の処理圧力である第２の圧力まで上昇させ、その処理圧力で低誘電率膜のダメージ層の回復処理を行うが、処理容器を所定圧力の希釈ガスで満たしてから希釈ガスを停止して被処理基板の存在領域に処理ガスを導入することにより、処理ガスは処理容器の周囲に拡散され難くなり、被処理基板の近傍領域で処理ガス濃度の高い領域が形成され、処理容器の全体にわたって均一な濃度で処理ガスが供給される場合に比べて、被処理基板の回復処理に寄与する処理ガスの量を増加させて、処理ガスとして十分な量を確保しつつ、処理ガスの導入量自体を減少させることができる。また、ガス導入部において、処理ガス吐出孔と希釈ガス吐出孔がガス導入部の中央領域に交互に形成される構成、または処理ガス吐出孔がガス導入部の中央領域に形成され、希釈ガス吐出孔が被処理基板が存在しない領域に対向する領域に形成される構成をとることにより、上記効果を得やすくなる。

本発明の方法を実施可能な処理装置の一例を示す断面図である。 図１の処理装置に用いられるガス導入ヘッドを示す底面図である。 図１の処理装置により実施される本発明の一実施形態の処理方法を示すフローチャートである。 図３の処理方法の際のガスの導入タイミングおよびチャンバ内の圧力の変化を示すチャートである。 チャンバ内に希釈ガスが満たされた状態でチャンバ内に処理ガスを導入した際の状態を示す模式図である。 従来のシーケンス（比較例）と本発明のシーケンス（実施例）でガス導入して回復処理を行った際のウエハ面内における回復処理前後の膜厚差Δｔを示すグラフである。 処理ガスであるＴＭＳＤＭＡの流量を１００、３００、５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）と変化させて実施例のシーケンスでガス導入して回復処理を行った際のウエハ面内における回復処理前後の膜厚差Δｔを比較例と比較して示すグラフである。 本発明の方法を実施可能な処理装置の他の例を示す断面図である。 図８の処理装置に用いられるガス導入ヘッドを示す底面図である。 図８の処理装置により実施される本発明の他の実施形態の処理方法を示すフローチャートである。 図１０の処理方法の際のガスの導入タイミングおよびチャンバ内の圧力の変化を示すチャートである。 図１０の工程１３の際のチャンバ内の状態を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の方法を実施可能な処理装置の一例を示す断面図、図２は図１の処理装置に用いられるガス導入ヘッドを示す底面図である。

この処理装置１は、被処理基板であるウエハＷを収容するチャンバ１１を備えており、チャンバ１１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するための載置台１２が設けられている。この載置台１２は、チャンバ１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材１３により支持されている。また、載置台１２には抵抗加熱型のヒータ１５が埋め込まれており、このヒータ１５はヒータ電源１６から給電されることにより載置台１２を加熱し、その熱で載置台１２上のウエハＷを加熱する。また、載置台１２には、熱電対（図示せず）が挿入されており、ウエハＷを所定の温度に制御可能となっている。載置台１２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン１８が載置台１２の表面に対して突没可能に設けられている。

チャンバ１１の上部は開口部となっており、チャンバ１１の上端部に沿ってリング状のリッド１９が設けられている。そして、このリッド１９に処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入ヘッド２０が支持され、このガス導入ヘッド２０は、シール部材（図示せず）によりチャンバ１１に対して気密にシールされている。このガス導入ヘッド２０の上部の中央には、処理ガスを供給する処理ガス供給配管２１と、希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管２２が接続されている。ガス導入ヘッド２０の内部には、処理ガス供給配管２１に繋がる処理ガス流路２３と、希釈ガス供給配管２２に繋がる希釈ガス流路２４とが形成されており、処理ガス流路２３から分岐してガス導入ヘッド２０の底面に至る３つの処理ガス吐出孔２５が形成され、希釈ガス流路２４から分岐してガス導入ヘッド２０の底面に至る３つの希釈ガス吐出孔２６が形成されている。図２に示すように、処理ガス吐出孔２５および希釈ガス吐出孔２６は、ガス導入ヘッド２０の底面の中央部に、交互にかつ正六角形の各頂点の位置になるように配置されている。したがって、３つの処理ガス吐出孔２５が存在する処理ガス吐出領域および３つの希釈ガス吐出孔２６が存在する希釈ガス吐出領域はウエハＷの径よりも小さく、ウエハＷの直上位置に設けられており、処理ガスおよび希釈ガスともにウエハＷの存在領域に導入されることとなる。

処理ガス供給配管２１の他端には、気化器２７が接続されている。また、気化器２７には、処理ガスを供給するための液体状の薬剤を貯留する薬剤貯留部２９から延びる薬剤配管２８が接続されており、この薬剤貯留部２９から液体状の薬剤がガス圧送等により薬剤配管２８を介して気化器２７に送給される。そして、気化器２７で気化されて生成された処理ガスが処理ガス供給配管２１に送給される。処理ガス供給配管２１には、処理ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ３０とバルブ３１とが設けられている。また、薬剤配管２８にはバルブ３２が設けられている。

処理ガスは、エッチングやアッシングによりダメージを受けたＬｏｗ−ｋ膜のダメージ部分をメチル基（−ＣＨ_３）により回復（修復）させるものであり、メチル基（−ＣＨ_３）を有するものが用いられる。メチル基を有する処理ガスとしては、ＴＭＳＤＭＡ（N-Trimethylsilyldimethylamine）、ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）等のシリル化剤を挙げることができる。シリル化剤によりダメージを回復させる場合には、ダメージ部分をＳｉ−ＣＨ_３に置換する。メチル基を有する処理ガスとしては、他に、ＤＰＭ（Dipivaloyl Methane）、ＤＭＣ（Dimetylcarbonate）、アセチルアセトン等を挙げることができる。

希釈ガス供給配管２２の他端には、希釈ガスを供給する希釈ガス供給源３３が接続されている。また、希釈ガス供給配管２２には、希釈ガスの流量を制御するマスフローコントローラ３４およびその前後のバルブ３５が設けられている。希釈ガスとしてはＮ_２ガスを用いることができる。また、Ａｒガス等の希ガスを用いることもできる。

チャンバ１１の側壁には、ウエハ搬入出口３７が設けられており、このウエハ搬入出口３７はゲートバルブ３８により開閉可能となっている。そして、ゲートバルブ３８を開にした状態で、チャンバ１１に隣接する、搬送装置を備え、真空に保持された搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。

チャンバ１１の底部の周縁部には、排気管３９が接続されており、排気管３９には真空ポンプ等を有する排気機構４０が設けられている。排気管３９の排気機構４０の上流側には自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）４１および開閉バルブ４２が設けられている。したがって、チャンバ１１内の圧力を圧力センサ（図示せず）により検出しつつ、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）４１の開度を制御しつつ、排気機構４０によりチャンバ１１内を排気することにより、チャンバ１１内を所定の圧力に制御することが可能である。また、処理の際にチャンバ１１内の圧力が所定の値となった際に開閉バルブ４２より処理ガスの封じ込めが可能である。

処理装置１は、さらに制御部５０を有している。制御部５０は、処理装置１の各構成部を制御するためのものであり、これら各構成部を実際に制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を有するプロセスコントローラ５１を備えている。プロセスコントローラ５１には、オペレータが処理装置１を管理するためにコマンド等の入力操作を行うキーボードや、処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５２が接続されている。また、プロセスコントローラ５１には、処理装置１の各構成部の制御対象を制御するための制御プログラムや、処理装置１に所定の処理を行わせるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部５３が接続されている。処理レシピは記憶部５３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下で、所定の処理が行われる。

次に、このように構成される処理装置１により、表面部分にダメージ層が形成されたＬｏｗ−ｋ膜を有するウエハＷに対して回復処理を行う本実施形態の処理方法について説明する。
ここでは、デュアルダマシン法等により配線溝や接続孔を形成するためのエッチングやアッシングの際にＬｏｗ−ｋ膜の表面部分に形成されたダメージ層に対して、メチル基（−ＣＨ_３）を有する処理ガスにより回復処理を施す。

Ｌｏｗ−ｋ膜としては、ＳＯＤ（Spin on Dielectric)装置で形成されるＭＳＱ（methyl-hydrogen-SilsesQuioxane）（多孔質または緻密質）、ＣＶＤで形成される無機絶縁膜の１つであるＳｉＯＣ系膜（従来のＳｉＯ_２膜のＳｉ−Ｏ結合にメチル基（−ＣＨ_３）を導入して、Ｓｉ−ＣＨ_３結合を混合させたもので、Black Diamond（Applied Materials社）、Coral（Novellus社）、Aurora（ASM社）等がこれに該当し、緻密質のものおよびポーラス（多孔質）なものの両方存在する）等が適用可能である。これらはＳｉを含有しているが、ＳｉＬＫ等のＳｉを含有しないＣとＯとＨとを有するものも適用可能である。また、Ｌｏｗ−ｋ膜として、ＣＦ系絶縁膜の適用可能性も考えられる。

図３は、本実施形態の処理方法を示すフローチャートであり、図４はこの際のガスの導入タイミングおよびチャンバ内の圧力の変化を示すチャートである。

まず、ゲートバルブ３８を開け、搬入出口３７を介してエッチングダメージやアッシングダメージが形成されたＬｏｗ−ｋ膜を有するウエハＷをチャンバ１１に搬入し、所定の温度に加熱された載置台１２の上に載置する（工程１）。そして、チャンバ１１内を排気して所定圧力の真空状態にする（工程２）。次いで、希釈ガス供給源３３から希釈ガス供給配管２２ならびにガス導入ヘッド２０の希釈ガス流路２４および希釈ガス吐出孔２６を介してチャンバ１１内に希釈ガスを導入する（工程３）。このとき、チャンバ１１内に導入された希釈ガスはチャンバ１１内の全体に均一に広がり、図４に示すように、チャンバ１１内の圧力が上昇していく。そして、希釈ガスの導入は、チャンバ１１内の圧力が、処理圧力より低い第１の圧力になるまで続けられる。このときの希釈ガス流量は１００〜７０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましい。また、希釈ガスとしてはＮ_２ガスを好適に用いることができ、他にＡｒガス等の希ガスを用いることもできる。また、第１の圧力は、回復処理の圧力の４０〜９６％であることが好ましい。例えば、処理圧力が６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）の場合には、２６７〜６４０Ｐａ（２．０〜４．８Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましい。このときのチャンバ１１内の圧力の調整は、チャンバ１１内に処理ガスを導入しながら、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）４１により行われる。

チャンバ１１内の圧力が第１の圧力に達した時点で、希釈ガスの供給を停止し、薬剤貯留部２９からガス圧送等により、例えばＴＭＳＤＭＡ等のシリル化剤やＤＭＣ等、処理ガスを生成するための液体状の薬剤を薬剤供給配管２８を介して気化器２７に供給し、気化器２７で気化されて形成されたメチル基を含む処理ガスを処理ガス供給配管２１ならびにガス導入ヘッド２０の処理ガス流路２３および処理ガス吐出孔２５を介してチャンバ１１に導入する（工程４）。これにより、図４に示すように、チャンバ１１内の圧力はさらに上昇する。そして、処理ガスの導入は、処理圧力である第２の圧力まで続けられる。この際の処理ガスの流量は、５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましい。処理ガスの流量が少なすぎると処理時間が長くなり、処理ガスの流量が多すぎると処理ガスの使用量を減少させる効果が小さくなる。

チャンバ１１内が処理圧力に達した時点で、処理ガスの供給を停止し、バルブ４２を閉じて、処理ガスをチャンバ１１内に封じ込め、チャンバ１１内の圧力を処理圧力に維持し、Ｌｏｗ−ｋ膜の回復処理を行う（工程５）。この回復処理におけるウエハＷの温度は、１５０〜３００℃であることが好ましい。また、回復処理の際のチャンバ内の圧力は６６７〜４０００Ｐａ（５〜３０Ｔｏｒｒ）が好ましい。さらに、回復処理時間は、１０〜４２０ｓｅｃ程度が好ましい。

回復処理の際には、エッチングおよびアッシングのダメージにより表面にダメージ層が生じたＬｏｗ−ｋ膜にメチル基を有する処理ガスを作用させ、ダメージ層のＯＨ基をメチル基またはメチル基を含む基に置換する。これにより、ダメージにより上昇した比誘電率（ｋ値）が低下する。

このようにして回復処理が終了後、排気機構４０によりチャンバ１１内を排気しつつ、希釈ガス供給源３３からパージガスとして希釈ガスをチャンバ１１内に導入してチャンバ１１内のパージを行い（工程６）、その後ゲートバルブ３８を開いて搬入出口３７から回復処理後のウエハＷを搬出する（工程７）。

以上のような処理方法においては、最初にチャンバ１１内に希釈ガスを導入してチャンバ１１内を希釈ガスで満たして処理圧力よりも低い圧力にした後、ウエハＷに対応する位置（ウエハＷの直上）からチャンバ１１内のウエハＷの存在領域に処理ガスを導入して処理圧力まで上昇させるが、ＴＭＳＤＭＡ等の処理ガスとＮ_２等の希釈ガスは分子量が大きく異なり、真空中において互いに分子量が異なるガスは混合しにくいため、後から導入した処理ガスは、希釈ガスにより満たされているチャンバ１１内の周囲へは拡散しにくく、図５に示すように、ウエハＷの近傍領域で処理ガスの濃度が高い領域Ｃが形成される。このようにウエハＷ近傍領域に局部的に処理ガスの濃度が高い領域が形成されることにより、チャンバ１１の全体にわたって均一な濃度の場合に比べて、ウエハＷの回復処理に寄与する処理ガスの量を増加させて、処理ガスとして十分な量を確保しつつ、処理ガスの導入量自体は減少させることができる。処理ガスは時間の経過にともないチャンバ１１の周囲に拡散していくが、ウエハＷの近傍領域の処理ガス濃度を一定期間高く維持することができるので、十分に回復処理反応を進行させることができる。処理ガスをより拡散しにくくして処理を促進する観点からは、処理ガスと希釈ガスの分子量の差が大きいほうが好ましい。

次に、以上のような装置を用いて、実際に回復処理を行った実験結果について説明する。
ここでは、処理ガスとしてメチル基を有するシリル化剤であるＴＭＳＤＭＡを用い、希釈ガスとしてＮ_２ガスを用い、ダメージを受けたＬｏｗ−ｋ膜を模擬したＯＨ基を含有するフォトレジスト膜における処理前と処理後の膜厚変化Δｔにより回復処理の程度を把握した。実際にＬｏｗ−ｋ膜を形成したウエハにエッチングおよびアッシング処理を施しダメージを導入して回復処理の程度を把握しようとすると、サンプルメーキングが難しく、精度が低いという問題があるが、回復処理の本質がＯＨ基をメチル基またはメチル基を含有する基で置換することにあることに鑑みれば、このようにＯＨ基を含有するフォトレジスト膜に回復処理を行うことにより、簡易にかつ精度良く回復処理の程度を把握することができる。

基準となるレシピとしては、以下のものを用いた。
処理圧力（チャンバ内全圧）：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
ＴＭＳＤＭＡ分圧：１００Ｐａ（０．７５Ｔｏｒｒ）］
ＴＭＳＤＭＡ流量：５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｎ_２流量；：２８３３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
温度：２５０℃
時間：１０ｓｅｃ

最初に上記基準条件（条件Ａ）で、従来の希釈ガスおよび処理ガスを同時に導入する条件（比較例）と、Ｎ_２ガスを先に導入し、次いで処理ガスを導入するという条件（実施例）で回復処理を行って、ウエハ面内における回復処理前後の膜厚差Δｔを求めた。その結果を図６に示す。この図に示すように、条件Ａにおいて、比較例ではΔｔが８７．６ｎｍ±３３．６％であったのが、実施例では２０９．８ｎｍ±５．５％となり、実施例のほうが回復処理の程度が２倍以上高いのがわかる。次に基準条件である条件Ａからウエハ温度２５０℃を１８０℃に低下させ、処理時間を２５ｓｅｃに延ばした条件（条件Ｂ）について、実施例および比較例で回復処理前後の膜厚差Δｔを求めた。その結果も図６に示す。この図に示すように、条件Ｂにおいて、比較例ではΔｔが４１．８ｎｍ±１６．７％であり、実施例では１０７．２ｎｍ±１９．６％となり、基準条件である条件Ａよりも全体的に回復処理の程度が低いが、やはり実施例のほうが回復の程度が２倍以上高いのがわかる。次に、基準条件である条件ＡのＴＭＳＤＭＡ分圧を４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）に上昇させたもの（条件Ｃ）、条件ＢのＴＭＳＤＭＡ分圧を４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）に上昇させたもの（条件Ｄ）についても同様に、実施例および比較例で回復処理前後の膜厚差Δｔを求めた。その結果も図６に示す。この図に示すように、条件Ｃにおいて、比較例ではΔｔが１８６．５ｎｍ±１２．１％であり、実施例では２２３．１ｎｍ±４．４％となり、条件Ｄにおいて、比較例ではΔｔが８２．５ｎｍ±３４．５％であり、実施例では１２５．１ｎｍ±１４．２％となって、比較例よりも実施例のほうが回復の程度が高いことがわかる。そして効果の程度等から判断して、実施例の中ではこれら条件Ａ〜Ｄの中では条件Ａが最もよいと判断した。

次に、上記基準条件である条件ＡのＴＭＳＤＭＡの流量を１００、３００、５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）と変化させて実施例のシーケンスで回復処理を行った。具体的には、ＴＭＳＤＭＡの流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とした場合には、最初のＮ_２ガス導入ステップにおいて、８．０ｓｅｃで目標圧力である５６７Ｐａ（４．２５Ｔｏｒｒ）に達し、その後ＴＭＳＤＭＡ導入ステップにおいて、１２．０ｓｅｃで処理圧力である６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に達し、その後、チャンバ内にＴＭＳＤＭＡを封じ込めて１０ｓｅｃの回復処理を行った。また、ＴＭＳＤＭＡの流量を３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とした場合には、最初のＮ_２ガス導入ステップにおいて、８．０ｓｅｃで目標圧力である５６７Ｐａ（４．２５Ｔｏｒｒ）に達し、その後ＴＭＳＤＭＡ導入ステップにおいて、７．５ｓｅｃで処理圧力である６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に達し、その後、チャンバ内にＴＭＳＤＭＡを封じ込めて１０ｓｅｃの回復処理を行った。ＴＭＳＤＭＡの流量を５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とした場合には、最初のＮ_２ガス導入ステップにおいて、７．８ｓｅｃで目標圧力である５６７Ｐａ（４．２５Ｔｏｒｒ）に達し、その後ＴＭＳＤＭＡ導入ステップにおいて、７．０ｓｅｃで処理圧力である６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に達し、その後、チャンバ内にＴＭＳＤＭＡを封じ込めて１０ｓｅｃの回復処理を行った。

これらの条件と回復処理の結果を図７に示す。なお、図７には、比較のため、上記条件ＡでＮ_２とＴＭＳＤＭＡを同時に導入した比較例の結果も合わせて示す。図７に示すようにＴＭＳＤＭＡの流量がいずれにおいても、Δｔが比較例の２倍以上と良好な値を示した。また、処理のログを積分してＴＭＳＤＭＡの使用量を求めた結果、条件ＡでＮ_２とＴＭＳＤＭＡを同時に導入した比較例の使用量を１．００とすると、ＴＭＳＤＭＡの流量が１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の場合には０．３０、３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の場合には０．５８、５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の場合には０．９４といずれも比較例よりも使用量が少なく、特に１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の場合に少ない使用量となったが、１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）では、ＴＭＳＤＭＡ導入による圧力上昇に時間がかかってしまい、スループットの観点から好ましくない。これに対して、ＴＭＳＤＭＡが３００ｍＬ／ｍｉｎの場合には、ＴＭＳＤＭＡ導入による圧力上昇の時間が短く、しかもΔｔの量も比較例の２倍以上であり、ＴＭＳＤＭＡの使用量が比較例の５８％と極めて良好な特性を示した。

次に、本発明の方法を実施可能な他の装置について説明する。
図８は本発明の方法を実施可能な処理装置の他の例を示す断面図、図９は図８の処理装置に用いられるガス導入ヘッドを示す底面図である。
この装置は、ガス導入ヘッドの構造が異なっている他は、図１の装置と同様の構成を有しているので、図１の装置と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

図８の処理装置においては、図１の処理装置におけるガス導入ヘッド２０の代わりにガス導入ヘッド２０′を有している。ガス導入ヘッド２０′はガス導入ヘッド２０と同様、リッド１９に支持され、シール部材（図示せず）によりチャンバ１１に対して気密にシールされている。ガス導入ヘッド２０′の上部には、処理ガスを供給する処理ガス供給配管２１と、希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管２２が接続され、その内部に処理ガス供給配管２１に繋がる処理ガス流路６１と、希釈ガス供給配管２２に繋がる希釈ガス流路６３とが形成されている。処理ガス供給配管２１はガス導入ヘッド２０′の上面の中心に接続され、処理ガス流路６１はガス導入ヘッド２０′の中心を下方に延び、ガス導入ヘッド２０′の底面中心に開口し、処理ガス吐出孔６１ａとして形成されている。したがって、処理ガス吐出孔６１ａによる処理ガス吐出領域は、ウエハＷの径よりも小さく、ウエハＷの直上域に設けられており、処理ガスがウエハＷの存在領域に導入されることとなる。一方、希釈ガス供給配管２２はガス導入ヘッド２０′の上面の中心からずれた位置に接続され、希釈ガス流路６３はそこから下方に延びており、ガス導入ヘッド２０′の内部にその周縁近傍まで水平に延び円板状に形成されたガス拡散空間６４に接続されている。図９に示すように、ガス拡散空間６４からは、載置台１２に載置されたウエハＷの外側に対応する位置に、複数の希釈ガス吐出孔６５が円周状に形成されている。これにより、希釈ガスは希釈ガス吐出孔６５からウエハＷの存在しない領域に吐出される。

この装置においても、基本的に図３のフローチャートと同様、ウエハＷをチャンバ１１に搬入して載置台１２上に載置し、チャンバ１１内を排気して所定圧力の真空状態とした後、最初に希釈ガスを流し、チャンバ１１内を処理圧力より低い所定の圧力に調整し、次いで、処理ガスを流し、チャンバ１１内のガス圧力を処理圧力まで上昇させ、チャンバ１１内の圧力を処理圧力に維持し、Ｌｏｗ−ｋ膜の回復処理を行う。これにより、図１の装置の場合と同様、処理ガスがウエハＷに対応する部分に導入されるので、ウエハＷの近傍領域に局部的に処理ガスの濃度が高い領域が形成され、チャンバ１１の全体にわたって均一な濃度の場合に比べて、ウエハＷの回復処理に寄与する処理ガスの量を増加させて、処理ガスとして十分な量を確保しつつ、処理ガスの導入量自体は減少させることができる。

ところで、Ｌｏｗ−ｋ膜としては、多孔質のものが存在するが、多孔質のＬｏｗ−ｋ膜を収容したチャンバに最初に希釈ガスを流すと、希釈ガスがＬｏｗ−ｋ膜の気孔中に入り込み、次に処理ガスを流しても、気孔の中に処理ガスが到達しにくく、回復処理が十分に進行しないおそれがある。図８の装置を用いた場合には、これを回避するために、以下のような方法を用いることができる。図１０はその方法を示すフローチャートであり、図１１はその際のガスの導入タイミングおよびチャンバ内の圧力変化を示すチャートである。まず、図３の工程１および工程２と同様、ゲートバルブ３８を開け、搬入出口３７を介してエッチングダメージやアッシングダメージが形成されたＬｏｗ−ｋ膜を有するウエハＷをチャンバ１１に搬入し、所定の温度に加熱された載置台１２の上に載置し（工程１１）、チャンバ１１内を排気して所定圧力の真空状態にする（工程１２）。次いで、図３のフローチャートに示す方法とは異なり、希釈ガスと処理ガスを同時にチャンバ１１内に導入し、チャンバ１１内の圧力を、上記第１の圧力よりも低い第３の圧力まで上昇させる（工程１３）。この工程１３によりＬｏｗ−ｋ膜の気孔を処理ガスで満たすことができる。つまり、図８の装置においてはガスがウエハＷの外側領域に供給され、処理ガスがウエハＷに対応した領域に供給されるので、図１２に示すように、最初に希釈ガスと処理ガスの両方を流しても、ウエハＷにはほぼ処理ガスのみを供給することができ、Ｌｏｗ−ｋ膜の気孔に希釈ガスが入り込んで回復処理を妨げることを回避することができる。また、このとき、処理ガスは、Ｌｏｗ−ｋ膜の気孔を満たすだけでよいため、第３の圧力は低く設定することができ、しかも処理ガスとともに希釈ガスを導入するので、工程１３に使用する処理ガスの量は少なくてすむ。一方、図１の装置の場合には、希釈ガスもウエハＷの対応部分に導入されるため、このような効果を得ることが困難である。

この工程１３の後、図１０に示すように、処理ガスを停止し、図３の工程３と同様に希釈ガスのみを導入してチャンバ１１内を第１の圧力まで上昇させる（工程１４）、その後、図３の工程４〜７と同様の工程である工程１５〜１８を実施する。

なお、図８の装置は、希釈ガスがチャンバ１１内のウエハＷの外側領域に供給され、処理ガスがウエハＷに対応する領域に供給されるため、図３や図９のようなシーケンシャルなガス供給ではなく、希釈ガスと処理ガスを同時に供給しても、処理ガスがウエハＷの外方に拡散するのに時間がかかるため、一定期間ウエハＷの存在領域に処理ガス濃度が高い領域を形成することができ、少ない処理ガスの使用量で、Ｌｏｗ−ｋ膜に対して十分な回復処理を行える可能性がある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、処理ガスとしてシリル化剤等種々のものを例示したが、メチル基を有する処理ガスであればこれらに限るものではない。また、本発明に適用されるＬｏｗ−ｋ膜についても、上記例示のものに限らず、ダメージを受けてＯＨ基が存在するようになるものであれば適用可能である。さらに、上記実施形態では、回復処理の際に、チャンバ内を封じきりとしたが、自動圧力制御バルブを用いて圧力制御を行いながら回復処理を行ってもよい。

さらにまた、図１の装置ではガス導入ヘッドの中央に処理ガス吐出孔を３つ形成し、図７の装置ではガス導入ヘッドの中心に１つのガス吐出孔６１ａを形成し、ウエハより小径の処理ガス吐出領域を構成し、ウエハ中央の直上位置から処理ガスを供給するようにしたが、チャンバ内のウエハの存在領域に処理ガスを導入することができれば、これらの構成に限定されるものではない。

さらにまた、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた例を示したが、これに限るものではなく、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用基板等、他の基板であってもよい。

１，１′；処理装置
１１；チャンバ
１２；載置台
１５；ヒータ
２０，２０′；ガス導入ヘッド
２１；処理ガス供給配管
２２；希釈ガス供給配管
２５，６１ａ；処理ガス吐出孔
２６，６５；希釈ガス吐出孔
５０；制御部
５１；プロセスコントローラ
５２；ユーザーインターフェース
５３；記憶部（記憶媒体）
Ｗ；ウエハ

Claims (6)

1. 表面部分にダメージ層が形成された低誘電率膜を有する被処理基板に対して、メチル基を有する処理ガスを用いて前記低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置であって、
   被処理基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を支持する載置台と、
   前記処理容器内で被処理基板を加熱するヒータと、
   前記処理容器内に前記メチル基を有する処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入部と、
   前記ガス導入部に接続し、前記処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
   前記ガス導入部に接続し、前記希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管と、
   前記処理ガスおよび前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と、
   被処理基板を載置台に載置してヒータにより加熱した状態で、前記処理容器内に前記希釈ガス供給配管および前記ガス導入部を介して前記流量制御部により流量を制御して前記希釈ガスを導入し、前記排気機構により前記処理容器内の圧力を回復処理の際の処理圧力よりも低圧の第１の圧力まで上昇させ、その後、前記希釈ガスを停止し、前記処理ガスを前記処理ガス供給配管および前記ガス導入部を介して前記処理容器内の被処理基板の存在領域に導入し、前記処理容器内の圧力を回復処理の際の処理圧力である第２の圧力まで上昇させ、前記処理容器内を前記第２の圧力に維持し、被処理基板に対して回復処理を行い、前記低誘電率膜に形成されたダメージ層を回復させるように制御する制御部と
   を備えることを特徴とする処理装置。
2. 前記ガス導入部は、前記希釈ガスを導入するための希釈ガス吐出孔と、前記処理ガスを導入するための処理ガス吐出孔とを有することを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記処理ガス吐出孔と前記希釈ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に交互に形成されることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
4. 前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記処理ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に形成され、前記希釈ガス吐出孔は、前記被処理基板が存在しない領域に対向する領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
5. 表面部分にダメージ層が形成された低誘電率膜を有する被処理基板に対して、メチル基を有する処理ガスを用いて前記低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置であって、
   被処理基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を支持する載置台と、
   前記処理容器内で被処理基板を加熱するヒータと、
   前記処理容器内に前記メチル基を有する処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入部と、
   前記ガス導入部に接続し、前記処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
   前記ガス導入部に接続し、前記希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管と、
   前記処理ガスおよび前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と
   を備え、
   前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記希釈ガスを導入するための希釈ガス吐出孔と、前記処理ガスを導入するための処理ガス吐出孔とを有し、
   前記処理ガス吐出孔と前記希釈ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に交互に形成されることを特徴とする処理装置。
6. 表面部分にダメージ層が形成された低誘電率膜を有する被処理基板に対して、メチル基を有する処理ガスを用いて前記低誘電率膜に形成されたダメージ層に回復処理を施す処理装置であって、
   被処理基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を支持する載置台と、
   前記処理容器内で被処理基板を加熱するヒータと、
   前記処理容器内に前記メチル基を有する処理ガスおよび希釈ガスを導入するガス導入部と、
   前記ガス導入部に接続し、前記処理ガスを供給する処理ガス供給配管と、
   前記ガス導入部に接続し、前記希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管と、
   前記処理ガスおよび前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部と、
   前記処理容器内を排気する排気機構と
   を備え、
   前記ガス導入部は、前記載置台と対向するように設けられ、前記希釈ガスを導入するための希釈ガス吐出孔と、前記処理ガスを導入するための処理ガス吐出孔とを有し、
   前記処理ガス吐出孔は、前記ガス導入部の中央領域に形成され、前記希釈ガス吐出孔は、前記被処理基板が存在しない領域に対向する領域に形成されることを特徴とする処理装置。

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