JP3990920B2 - 膜形成方法及び膜形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程における半導体ウェハ基板に層間絶縁膜等を形成する膜形成方法及び膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、例えばSOD(Spin on Dielectric)システムにより層間絶縁膜を形成している。このSODシステムでは、ウェハ上に塗布膜をスピンコートし、化学的処理または加熱処理等を施して層間絶縁膜を形成している。
【0003】
例えばゾル−ゲル方法により層間絶縁膜を形成する場合には、まず半導体ウェハ(以下、「ウェハ」と呼ぶ。)上に絶縁膜材料を有機溶媒に分散又は溶解させた溶液を供給する。次に、溶液が供給されたウェハを例えば加熱処理等によりゲル化処理している。
【0004】
ところで、近年の多層配線構造を有する半導体の製造工程において、層間絶縁膜の材料としては酸化シリコン(SiO2)、また配線の材料としてはアルミニウム(Al)等の使用が一般的である。
【0005】
しかし、消費電力の削減のために配線材料として導電率の高い銅(Cu)の使用、また低誘電率化を図るために層間絶縁膜として例えば有機系絶縁膜(CmHn系)、無機膜、疎水化処理を施した無機膜、SiOF膜等の使用が主流となりつつある。
【0006】
この場合、Cu膜上にCuの拡散防止のため例えば無機系の窒化シリコン(SiN)膜を形成し、その上に上記有機膜、無機膜、疎水化処理を施した無機膜、SiOF膜等の層間絶縁膜を形成している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低誘電率絶縁膜とエッチングマスク又はCMPストッパーとしての絶縁膜との接着性は悪く、CMP処理時に膜相互が剥離してしまうという問題があった。また、無機系の膜と有機系の膜との接着性の問題もあるがこれだけではなく、層間絶縁膜製造工程においては、有機系絶縁膜とこれと同じ有機系であるレジスト膜との接着性が低いことも問題である。
【0008】
そこで最近では、当該膜相互間にSi−O系の接着層を形成し、化学的結合力を利用して接着性を向上させる方法が採られているが、かかる化学的結合力を利用する方法は接着層が極めて薄いため、結合力が弱く飛躍的に接着力を向上させることはできない。また、化学的結合力を高めるために接着層を厚くすると誘電率が高くなってしまうという不具合があり、このような誘電率の高い接着層を厚くすることは現在のような多層の層間絶縁膜製造工程の観点から妥当ではない。
【0009】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、低誘電率の層間絶縁膜等の膜相互間、あるいは層間絶縁膜と他の隣接する膜相互間の接着性を向上させる膜形成方法及び膜形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る膜形成方法は、基板に超音波振動を与えることにより、基板上に形成された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に対して改質処理を施す工程と、前記改質処理を施された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に、エッチングマスク又はCMPストッパーとして有機絶縁膜又は無機絶縁膜を形成する工程とを具備し、前記多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜として疎水化処理を施した無機膜を使用する。
【0011】
本発明では、例えば、有機膜、無機膜、疎水化処理を施した無機膜、SiOF膜等の低誘電率絶縁膜に対して改質処理を行うことにより、例えばプラズマ照射する場合には、有機膜、無機膜、疎水化処理を施した無機膜の表面粗さが増加し、いわゆるアンカー効果によりこれらの膜の上層として形成される絶縁膜との接着性を向上させることができる。また、SiOF膜に対しては膜表面のフッ素濃度が減少させることができ、上層として形成される有機系の低誘電率絶縁膜のとの接着性を向上させることができる。
【0012】
一方、改質処理として例えば超音波振動を与える場合には、膜の表面粗さが増加し、いわゆるアンカー効果により低誘電率絶縁膜の上層として形成される絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【0015】
本発明の第2の観点に係る膜形成方法は、紫外線照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はCMPストッパーとして無機膜を形成する工程とを具備する。
【0016】
本発明では、前記改質処理を例えば紫外線照射により行い、有機膜を酸化させ親水性とすることにより、この有機膜と、この膜上に形成されるエッチングマスク又はCMPストッパーとしての無機膜等の膜との接着性を向上させることができる。有機膜はもともとOH基による極性がないため、酸化させることで極性を持たせ親水性とし接着性を向上させることができる。
本発明の第3の観点に係る膜形成方法は、N2H2ガスのプラズマ照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はCMPストッパーとして無機膜を形成する工程とを具備することを特徴とする。
このように前記表面改質は、N2H2ガスのプラズマ照射により行うようにしても、上層と下層の絶縁膜の接着性を向上させることができる。
【0017】
本発明の第1の観点に係る膜形成装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布部と、前記基板に超音波振動を与える手段を有し、前記塗布部で塗布された絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部とを具備する。
【0018】
本発明では、基板上に絶縁膜を塗布する塗布部と、基板に超音波振動を与える手段を有し絶縁膜の表面を改質するための改質処理部との間を搬送部により基板を搬送するようにしたので、これら塗布部、改質処理部及び搬送部とに隣接させて、例えば加熱等の処理部を設けた場合、これら塗布処理、加熱等の処理及び表面改質処理とを連続的に行うことができ、スループットを向上させることができる。
本発明の第2の観点に係る膜形成装置は、基板上に有機絶縁膜を塗布する塗布部と、前記基板の表面にN2H2ガスのプラズマを照射する手段を有し、前記塗布部で塗布された有機絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部とを具備することを特徴とする。
【0021】
本発明の第3の観点に係る膜形成装置は、基板を保持し回転させる手段と、前記回転手段により基板を回転させながら該基板上に絶縁膜を供給する供給手段と、前記回転手段により基板を回転させながら、前記供給手段により供給された絶縁膜にプラズマを照射する手段とを具備する。
本発明の一の形態によれば、プラズマを照射する手段はICPを用いたプラズマ発生装置であることを特徴とする。
【0022】
このような構成によれば、基板上に絶縁膜を供給する供給手段と、プラズマを照射する手段とを同一のチャンバ内に設けることにより、処理スペースの削減が図れる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0024】
図1〜図3は本発明の第1の実施形態に係るSODシステムの全体構成を示す図であって、図1は平面図、図2は正面図および図3は背面図である。
【0025】
このSODシステム1は、基板としての半導体ウェハ(以下、ウェハと呼ぶ。)WをウェハカセットCRで複数枚たとえば25枚単位で外部からシステムに搬入しまたはシステムから搬出したり、ウェハカセットCRに対してウェハWを搬入・搬出したりするためのカセットブロック10と、SOD塗布工程の中で1枚ずつウェハWに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ステーションを所定位置に多段配置してなる処理ブロック11と、エージング工程にて必要とされるアンモニア水のボトル、バブラー、ドレインボトル等が設置されたキャビネット12とを一体に接続した構成を有している。
【0026】
カセットブロック10では、図1に示すように、カセット載置台20上の突起20aの位置に複数個たとえば4個までのウェハカセットCRがそれぞれのウェハ出入口を処理ブロック11側に向けてX方向一列に載置され、カセット配列方向(X方向)およびウェハカセットCR内に収納されたウェハのウェハ配列方向(Z垂直方向)に移動可能なウェハ搬送体21が各ウェハカセットCRに選択的にアクセスするようになっている。さらに、このウェハ搬送体21は、θ方向に回転可能に構成されており、後述するように処理ブロック11側の第3の組G3の多段ステーション部に属する受け渡し・冷却プレート(TCP)にもアクセスできるようになっている。
【0027】
処理ブロック11では、図1に示すように、中心部に垂直搬送型の主ウェハ搬送機構22が設けられ、その周りに全ての処理ステーションが1組または複数の組に亙って多段に配置されている。この例では、4組G1,G2,G3,G4の多段配置構成であり、第1および第2の組G1,G2の多段ステーションはシステム正面(図1において手前)側に並置され、第3の組G3の多段ステーションはカセットブロック10に隣接して配置され、第4の組G4の多段ステーションはキャビネット12に隣接して配置されている。
【0028】
図2に示すように、第1の組G1では、カップCP内でウェハWをスピンチャックに載せて絶縁膜材料を供給し、ウェハを回転させることによりウェハ上に均一な絶縁膜を塗布するSOD塗布処理ステーション(SCT)と、カップCP内でウェハWをスピンチャックに載せてHMDS及びヘプタン等のエクスチェンジ用薬液を供給し、ウェハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を乾燥工程前に他の溶媒に置き換える処理を行うソルベントエクスチェンジ処理ステーション(DSE)とが下から順に2段に重ねられている。
【0029】
第2の組G2では、SOD塗布処理ステーション(SCT)が上段に配置されている。なお、必要に応じて第2の組G2の下段にSOD塗布処理ステーション(SCT)やソルベントエクスチェンジ処理ステーション(DSE)等を配置することも可能である。
【0030】
図3に示すように、第3の組G3では、2個の低酸素高温加熱処理ステーション(OHP)と、低温加熱処理ステーション(LHP)と、2個の冷却処理ステーション(CPL)と、受け渡し・冷却プレート(TCP)と、冷却処理ステーション(CPL)とが上から順に多段に配置されている。低温加熱処理ステーション(LHP)はウェハWが載置される熱板を有し、ウェハWを低温加熱処理する。冷却処理ステーション(CPL)はウェハWが載置される冷却板を有し、ウェハWを冷却処理する。受け渡し・冷却プレート(TCP)は下段にウェハWを冷却する冷却板、上段に受け渡し台を有する2段構造とされ、カセットブロック10と処理ブロック11との間でウェハWの受け渡しを行う。
【0031】
第4の組G4では、低温加熱処理ステーション(LHP)、低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)が2個、エージング処理ステーション(DAC)、表面改質処理ステーション50が上から順に多段に配置されている。低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)は密閉化可能な処理室内に熱板と冷却板とを隣接するように有し、N2置換された低酸素雰囲気中で高温加熱処理すると共に加熱処理されたウェハWを冷却処理する。エージング処理ステーション(DAC)は密閉化可能な処理室内にNH3+H2Oを導入してウェハWをエージング処理し、ウェハW上の絶縁膜材料膜をウェットゲル化する。表面改質処理ステーション50については後述する。
【0032】
図3を参照して、主ウェハ搬送機構22は筒状支持体27の内側に、上下方向(Z方向)に昇降自在なウェハ搬送装置30を装備している。筒状支持体27は図示しないモータの回転軸に接続されており、このモータの回転駆動力によって、前記回転軸を中心としてウェハ搬送装置30と一体に回転する。従って、ウェハ搬送装置30はθ方向に回転自在となっている。このウェハ搬送装置30の搬送基台40上にはアーム31が例えば3本備えられており、これらのアーム31は主ウェハ搬送機構22の周囲に配置された処理ステーションにアクセスしてこれら処理ステーションとの間でウェハWの受け渡しを行う。
【0033】
図4及び図5は、上記SOD塗布処理ステーション(SCT)を示す断面図及び平面図である。このSOD塗布処理ステーション(SCT)の中央部には廃液管53を有する環状のカップCΡが配設され、カップCΡの内側には、基板を水平に保持する保持台としてのスピンチャック52が配置されている。スピンチャック52は真空吸着によってウェハWを固定保持した状態で駆動モータ54によって回転駆動される。駆動モータ54は、ユニット底板51に設けられた開口51aに昇降移動可能に配置され、例えばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材58を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動手段60および昇降ガイド手段62と結合されている。
【0034】
ウェハWの表面に層間絶縁膜材料を吐出するノズル77には図示しない絶縁膜材料の供給源から延びた供給管83が接続されている。このノズル77はノズルスキャンアーム76の先端部にノズル保持体72を介して着脱可能に取り付けられている。このノズルスキャンアーム76は、ユニット底板51の上に一方向(Y方向)に敷設されたガイドレール74上で水平移動可能な垂直支持部材75の上端部に取り付けられており、図示しないY方向駆動機構によって垂直支持部材75と一体にY方向に移動するようになっている。
【0035】
図6は、本発明に係る表面改質処理ステーション50の断面図である。この表面改質処理ステーション50はチャンバ36内に一対の電極板34,35が配置されており、上部電極35には高周波(RF)電源41が接続され、下部電極34は接地されている。上部電極は昇降モータ43により昇降可能構成されており、下部電極34とのギャップを可変とすることができる。下部電極34の下部には、基板を支持する例えば3本の支持ピン37が昇降駆動モータ42により昇降可能に配置されている。チャンバ36には、ガス供給源32からのガスをチャンバ36内に供給するための供給口38が設けられており、また、チャンバ36の下部には、チャンバ36内部を真空にする真空ポンプ33が設けられている。チャンバ36の側面には、主ウェハ搬送機構22のアーム31との間で基板の受け渡しを行うための開口部36aが形成されており、この開口部36aはシャッタ部材39により開閉可能に構成されている。この表面改質処理ステーション50は、いわゆる平行平板型のプラズマ発生装置であり、このプラズマにより塗布膜の表面改質が行われる。
【0036】
次に以上のように構成されたこのSODシステム1の処理工程について、図7及び図8(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【0037】
例えば、PVDやCVD等の装置によりCu配線膜やSiN等の保護膜が形成されたウェハが、カセットブロック10において、ウェハカセットCRからウェハ搬送体21を介して処理ブロック11側の第3の組G3に属する受け渡し・冷却プレート(TCP)における受け渡し台へ搬送される。
【0038】
受け渡し・冷却プレート(TCP)における受け渡し台に搬送されたウェハWは主ウェハ搬送機構22を介して冷却処理ステーション(CPL)へ搬送される。そして冷却処理ステーション(CPL)において、ウェハWはSOD塗布処理ステーション(SCT)における処理に適合する温度まで冷却される(ステップ1)。
【0039】
冷却処理ステーション(CPL)で冷却処理されたウェハWは主ウェハ搬送機構22を介して表面改質処理ステーション50へ搬送される。ここで図8(a)に示すように、Cu膜44に堆積し、疎水化処理が施された無機膜としてのSiN膜45のArプラズマによる表面改質処理が行われる(ステップ2)。
【0040】
表面改質処理ステーション50で改質処理されたウェハWは主ウェハ搬送機構22を介してSOD塗布処理ステーション(SCT)へ搬送される。そしてSOD塗布処理ステーション(SCT)において、ノズル77がノズルスキャンアーム76によりウェハWの中心上に移動し絶縁膜材料が供給される。そしてウェハWが高速回転することによりウェハW表面全体に絶縁膜材料が拡散される(ステップ3)。ここで塗布される絶縁膜材料は、例えばSiOx(CH3)Y等の比誘電率が例えば3.0以下の低誘電率層間絶縁膜46(図8(b)参照)である。この他にも、例えばSILK等の絶縁膜も使用している。また、疎水化処理を施した無機膜を使用することも可能である。
【0041】
SOD塗布処理ステーション(SCT)で層間絶縁膜の塗布処理が行われたウェハWは主ウェハ搬送機構22を介してエージング処理ステーション(DAC)へ搬送される。そしてエージング処理ステーション(DAC)において、ウェハWは処理室内にNH3+H2Oを導入してウェハWをエージング処理し、ウェハW上の絶縁材料膜をゲル化する(ステップ4)。
【0042】
エージング処理ステーション(DAC)でエージング処理されたウェハWは主ウェハ搬送機構22を介してソルベントエクスチェンジ処理ステーション(DSE)へ搬送される。そしてソルベントエクスチェンジ処理ステーション(DSE)において、ウェハWはエクスチェンジ用薬液が供給され、ウェハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える処理が行われる(ステップ5)。
【0043】
ソルベントエクスチェンジ処理ステーション(DSE)で置換処理が行われたウェハWは主ウェハ搬送機構22を介して低温加熱処理ステーション(LHP)へ搬送される。そして低温加熱処理ステーション(LHP)において、ウェハWは低温加熱処理され脱水処理される(ステップ6)。
【0044】
低温加熱処理ステーション(LHP)で低温加熱処理されたウェハWは、主ウェハ搬送機構22を介して低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)において、ウェハWは低酸素雰囲気中で熱硬化処理(キュア処理)され、冷却処理される(ステップ7)。
【0045】
低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)で処理されたウェハWは、表面改質処理ステーション50へ搬送され、ここで図8(c)に示すように、Arプラズマによる低誘電率層間絶縁膜46の表面改質処理が行われる(ステップ8)。
【0046】
そしてウェハWは主ウェハ搬送機構22を介して冷却処理ステーション(CPL)へ搬送される。そして冷却プレートにおいて、ウェハWは冷却処理される(ステップ9)。
【0047】
この後は、図8(d)に示すように、低誘電率層間絶縁膜46上にエッチングマスク又はCMPストッパーとしての絶縁膜47が形成される(ステップ10)。
【0048】
そしてウェハWは主ウェハ搬送機構22を介して受け渡し・冷却プレート(TCP)へ搬送され、冷却板でウェハWは冷却処理され(ステップ11)、その後、ウェハWはカセットブロック10においてウェハ搬送体21を介してウェハカセットCRへ搬送される。
【0049】
ここで本発明に係るプラズマ処理の実験結果について説明する。図9に、例えばプラズマ処理を行わなかった場合及びプラズマ処理を行った場合の無機系SiOF膜の表面粗さ(Ra)、表面フッ素F濃度(atomic%)の測定結果を示す。プラズマの処理条件は、以下の通りである。
RF(13.56MHz)電力 2000W
ガス種 アルゴン
電極板ギャップ 5mm
なお、表面粗さRaは原子間力顕微鏡(AFM)により測定し、F濃度はX線光電子分光法(XPS)により測定した。
【0050】
プラズマ処理を行わなかった場合のRaは1.387オングストローム、F濃度は5.6%であり、この後に塗布した有機メチル系層間絶縁膜に剥がれが生じた。これに比べ、プラズマを20秒間照射した場合のRaは1.037オングストローム、F濃度は2.4%、40秒間照射の場合は更に低くRaは0.989オングストローム、F濃度は2.1%であり、この後に塗布した有機メチル系層間絶縁膜に剥がれは生じなかった。この実験から、無機系の膜にプラズマを長時間照射するほど膜の表面は平坦化されたにも関わらず、F濃度の減少により無機系絶縁膜と有機系絶縁膜との接着性が増すことがわかった。
【0051】
図10は、プラズマ処理を行わなかった場合及びプラズマ処理を行った場合の有機系層間絶縁膜の表面粗さ(Ra)の測定結果を示す。プラズマの処理条件は、以下の通りである。
RF(13.56MHz)電力 4200W
ガス種 アルゴン
ガス圧 6600Pa
電極板ギャップ 1mm
なお、表面粗さRaは原子間力顕微鏡(AFM)により測定した。
【0052】
プラズマ処理を行わなかった場合のRaは3.214オングストロームであって、この後に塗布した無機系絶縁膜SiO2にテープ剥離試験によって剥がれが生じた。これに比べ、プラズマを20秒間照射した場合は4.840オングストローム、20秒間照射した場合は10.69オングストロームであって、この後に塗布した無機系絶縁膜SiO2に剥がれは生じなかった。この実験により有機系絶縁膜表面にプラズマ処理を長時間行うほどRaが増加することがわかった。すなわち膜表面に凹凸を形成させるいわゆるアンカー効果(投錨効果)により接着性が増すことがわかった。
【0053】
以上述べたように、無機系の層間絶縁膜、特に低誘電率化を達成するために使用されるSiOFに対してプラズマ処理を行うことにより、膜表面のフッ素濃度が減少し、このSiOF膜の上層として形成される層間絶縁膜のとの接着性を向上させることができる。また、有機系の層間絶縁膜に対してプラズマ処理を行うことで、アンカー効果により上層として形成される層間絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【0054】
更に、本実施形態によれば、層間絶縁膜材料を塗布し、加熱キュア処理するSODシステム内に、表面改質処理ステーションを組み込んだことにより、処理スペースの削減が図れ、また、本SODシステムにおけるスループットを向上させることができる。
【0055】
また、本実施形態では、絶縁膜に紫外線を照射することによっても、膜表面が酸化し、親水性構造を得ることができるため、上層として形成される絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【0056】
図11は本発明の第2の実施形態に係るSODシステムを示す正面図である。本実施形態では、塗布系のステーションである第2の組G2の下段に、層間絶縁膜表面の改質処理を行う表面改質処理ステーション70が配設されている。図12はこの表面改質処理ステーション70の断面図である。なお、図11及び図12において上記第1の実施形態に対応する構成については同一の符号を付すものとする。
【0057】
チャンバ36内には、一対の電極板34,35が配置されており、上部電極35には高周波(RF)電源41が接続され、下部電極34は接地されている。上部電極は昇降モータ43により昇降可能構成されており、下部電極34とのギャップを可変とすることができる。下部電極34の下部には、ウェハWを保持するスピンチャック52をシリンダ機構により昇降させ、かつモータ機構により回転させる駆動モータ48が設けられている。下部電極34には開口34aが形成されており、これにより、下部電極34の開口34aからスピンチャック52が出没可能になっている。チャンバ36には、ガス供給源32から例えばアルゴンガスをチャンバ36内に供給するための供給口38が設けられている。また、チャンバ36の下部には、チャンバ36内部を真空にする真空ポンプ33が設けられている。また、チャンバ36の側面には、主ウェハ搬送機構22のアーム31との間で基板の受け渡しを行うための開口部36aが形成されており、この開口部36aはシャッタ部材39により開閉可能に構成されている。
【0058】
以上のような構成の表面改質処理ステーション70では、ウェハWを回転させながら、ウェハWにプラズマを照射する。これによりウェハW表面に均一にプラズマを拡散させることができる。
【0059】
また、本実施形態ではチャンバ36内を減圧した状態でプラズマの照射を行うだけでなく、常圧下でプラズマ照射を行うようにしてもよい。これにより処理コストを削減できる。
【0060】
なお、本実施形態の処理フローとしては、図7に示すステップ2及びステップ8において、この表面改質処理ステーション70での表面改質処理を適用する。
【0061】
図13及び図14は、他の実施形態に係る表面改質処理ステーションを示す平面図及び断面図である。なお、図13及び図14において図4、図5及び図12における構成要素と同一のものについては同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。
【0062】
本実施形態の表面改質処理ステーション90においては、ウェハW上を案内レール93に沿ってY方向に移動する高密度プラズマ発生装置92が取り付けられている。この高密度プラズマ発生装置92は、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)を使用した高密度のプラズマ発生装置である。また、アーム31との間でウェハWの受け渡しを行うための開口部98には、シャッタ部材94が設けられており、内部を密閉できるようになっている。
【0063】
このような構成の表面改質処理ステーション90では、ウェハWをスピンチャック52により回転させながら層間絶縁膜を塗布した後、低温加熱処理ステーション(LHP)による加熱処理、低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)による処理を行った後に、再びこの表面改質処理ステーション90において表面改質処理を行う。この表面改質処理は、案内レールに沿って高密度プラズマ発生装置92がウェハWの中心上に移動し、ウェハWをスピンチャック52により回転させながらトーチ状のプラズマ91をウェハW中心に照射する。
【0064】
これにより、ウェハW表面に均一にプラズマを拡散させることができ、プラズマの照射対象が有機系絶縁膜ならば、図15に示すように、絶縁膜表面59の粗さが増加し、アンカー効果が得られる。これにより、次に塗布される層間絶縁膜との接着性を向上させることができる。また、プラズマの照射対象がSiOFならばフッ素濃度を減少させることにより次に塗布される層間絶縁膜との接着性を向上させることができる。
【0065】
また、本実施形態の表面改質処理は常圧下で行うことにより、減圧下で処理する場合に比べ処理コストを削減できる。
【0066】
更に、この1つの表面改質処理ステーション90で絶縁膜の塗布処理及び絶縁膜の表面改質処理を行うことができ、処理スペースの効率化が図られる。
【0067】
図16は、別の実施形態に係る表面改質処理装置を示す断面図である。この表面改質処理装置100において、ウェハWを載置させる載置台88上に蓋体86が昇降可能に配置されており、この蓋体86が下降することにより、密閉空間Rが形成されるようになっている。蓋体86にはプラズマ発生源81からのプラズマを密閉空間Rに導入させる導入路89が設けられており、この表面改質処理装置100は、いわゆるリモートプラズマ型のプラズマ発生装置とされている。このプラズマに使用されるガスとしては、上記実施形態と同様にArを使用してもよいが、N2H2でも適用可能である。また、エアーやN2であっても構わない。導入路89にはオゾナイザー82が接続されており、上記プラズマとともにこのオゾナイザー82から発生するオゾンをも密閉空間R内に導入できるようになっている。なお、密閉空間Rは真空ポンプ84により、数Torr(数百Pa)の圧力に設定可能とされている。
【0068】
載置台88の下部には例えば3本のピン85が昇降可能に設けられており、例えば上記搬送装置30との間でウェハWの受け渡しができるようになっている。また、蓋体86の内側の上部には、例えば複数の紫外線ランプ87が配置されている。この紫外線としては、例えばエキシマによる172nmの波長を有する紫外線を用いている。また、蓋体86には、この蓋体86を昇降させるエアシリンダ66が設けられており、ウェハWの受け渡しの際に蓋体86が昇降するようになっている。
【0069】
この表面改質処理装置100では、ウェハWが載置台88に載置されると、先ず、プラズマ照射及びオゾナイザー82からのオゾンの供給によりウェハWの表面に形成された絶縁膜の表面改質処理が行われる。この後、更に紫外線ランプ87による紫外線照射によって絶縁膜の表面が酸化される。この一体的に設けられたプラズマ発生源81及び紫外線ランプ87により、プラズマによるアンカー効果及び紫外線による酸化の両者の相乗効果により、この絶縁膜と、これの上層に形成されるCMPストッパー又はエッチングストッパーとの接着性を効果的に高めることができる。ここで、表面改質の対象となる絶縁膜が例えばSILK等の有機膜である場合には、紫外線照射による酸化により絶縁膜表面の濡れ性が向上する、すなわち親水性となるため、特に接着性の向上が図れる。詳しくは、有機膜はもともとOH基による極性がないため、酸化させることで極性を持たせ親水性とし接着性を向上させることができる。
【0070】
また、本実施形態で使用する紫外線の波長の172nmで短波長でありエネルギーが強いため、かつオゾナイザーからのオゾンの供給により、絶縁膜の有機物を効果的に除去することができ、これにより、接着性が向上する。
【0071】
図17は、図16に示した表面改質処理装置の変形例である。この表面改質処理装置110は、処理室69内に、図16に示す表面改質処理装置100と同様の装置が配置されている。この表面改質処理装置110には、処理室69へのウェハ搬入出口68が設けられており、この搬入出口68より例えばウェハ搬送装置30がウェハWを載置させて搬入出できるようになっている。この搬入出口68の近傍には、紫外線ランプ87が取り付けられている。なお、この表面改質処理装置110には、上記オゾナイザー82は設けられていないが、この表面改質処理装置110にも図16に示すように導入路89にオゾナイザー82を設けるようにしてももちろん構わない。
【0072】
このように構成された表面改質処理装置110では、先ず、ウェハWが載置台88上に載置され、密閉空間Rが形成された後プラズマが照射されて絶縁膜の表面改質処理が行われる。この表面改質処理が終了すると、蓋体86が上昇し、ウェハ搬送装置30によりウェハWがプレート88から取り出される。この取り出される際、紫外線ランプ87から紫外線がウェハWに向けて照射される。この場合、ウェハWは図中左側へ移動しているので、紫外線はウェハWの全面に照射されることになる。
【0073】
このような表面改質処理装置110によっても上記表面改質処理装置100と同様の効果を奏するとともに、ウェハWの搬送途中において紫外線照射を行っているため、効率的に処理を行うことができ、スループットの向上及び紫外線ランプ87の削減を達成することができる。
【0074】
図18は、更に別の実施形態に係る表面改質処理ステーションを示す断面図である。この表面改質処理ステーション80は、本実施形態では、カップCP内に、ウェハWを保持するスピンチャック52が配設され、このスピンチャック52は、駆動モータ48により回転可能、昇降可能に構成されている。スピンチャックのロッド部67には、上下方向に2つのフランジ部65及び66が超音波振動子64を挟んで設けられている。この超音波振動子64は複数あっても構わない。この超音波振動子64はZ方向に超音波振動するようになっており、この超音波によるZ方向の微小振動はフランジ部65及び66、ロッド部67、スピンチャック52を介してウェハWに伝達されるようになっている。
【0075】
また、この表面改質処理ステーション80には、有機系又は無機系の層間絶縁膜材料をウェハW上供給するノズル77が設けられており、この供給機構については上述したSOD塗布処理ステーション(SCT)における層間絶縁膜材料の供給機構と同一の構成であるので、その説明を省略する。
【0076】
このような構成によれば、例えば、この表面改質処理ステーション80においてウェハWをスピンチャック52により回転させながら層間絶縁膜を塗布した後、低温加熱処理ステーション(LHP)による加熱処理、低酸素キュア・冷却処理ステーション(DCC)による処理を行った後に、再びこの表面改質処理ステーション80において表面改質処理を行う。この表面改質処理は、超音波振動子64による超音波振動がウェハW上に形成された層間絶縁膜に伝えることで絶縁膜表面の粗さが増加し、アンカー効果が得られる。これにより、次に塗布される層間絶縁膜の接着性を向上させることができる。
【0077】
この1つの表面改質処理ステーション80で絶縁膜の塗布処理及び絶縁膜の表面改質処理を行うことができ、処理スペースの効率化が図られる。
【0078】
なお、本発明は以上説明した実施形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【0079】
例えば、上記各実施形態では層間絶縁膜として、SiOF、SiOx(CH3)Y等を使用したが、低誘電率(比誘電率3.0以下)が得られるものであれば他の絶縁膜であっても本発明は適用可能である。
【0080】
例えば、上記第1の実施形態における平行平板型の表面改質処理ステーション50による改質処理は減圧下で行っていたが、常圧で行うことももちろん可能である。
【0081】
更に、上記各実施形態では、半導体ウェハを処理するシステムについて説明したが、これに限らず、液晶ディスプレイ等に使用されるガラス基板を処理するシステムについても本発明は適用可能である。
【0082】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機系絶縁膜と無機系層間絶縁膜、疎水化処理を施した無機膜、SiOF膜等を問わず、膜相互間、あるいは層間絶縁膜と他の隣接する膜相互間の接着性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るSODシステムの平面図である。
【図2】図1に示すSODシステムの正面図である。
【図3】図1に示すSODシステムの背面図である。
【図4】一実施形態に係るSOD塗布処理ステーション(SCT)の平面図である。
【図5】図4に示すのSOD塗布処理ステーション(SCT)断面図である。
【図6】一実施形態に係る表面改質処理ステーションの断面図である。
【図7】図1に示すSODシステムの処理フローを示す図である。
【図8】図7に示す各処理工程において形成される層間絶縁膜の断面図である。
【図9】図7におけるステップ2で改質処理された無機系層間絶縁膜表面のRa値及びフッ素濃度の実験結果である。
【図10】図7におけるステップ8で改質処理された有機系層間絶縁膜表面のRa値の実験結果である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係るSODシステムの平面図である。
【図12】図11に示す表面改質処理ステーションの断面図である。
【図13】他の実施形態に係る表面改質処理ステーションの平面図である。
【図14】図13に示す表面改質処理ステーションの断面図である。
【図15】図13及び図14に示す表面改質処理ステーションで改質処理された層間絶縁膜の断面図である。
【図16】別の実施形態に係る表面改質処理装置の断面図である。
【図17】図16に示した表面改質処理装置の変形例を示す断面図である。
【図18】更に別の実施形態に係る表面改質処理ステーションの断面図である。
【符号の説明】
W…半導体ウェハ
1…SODシステム
22…主ウェハ搬送機構
30…ウェハ搬送装置
32…ガス供給源
33…真空ポンプ
34…下部電極
35…上部電極
36…チャンバ
41…高周波電源
42…昇降駆動モータ
45…SiN膜
46…有機系層間絶縁膜
48…駆動モータ
52…スピンチャック
64…超音波振動子
81…プラズマ発生源
87…紫外線ランプ
92…高密度プラズマ発生装置
93…案内レール
94…シャッタ部材
98…開口部
Claims (7)
- 基板に超音波振動を与えることにより、基板上に形成された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に対して改質処理を施す工程と、
前記改質処理を施された多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜の表面に、エッチングマスク又はCMPストッパーとして有機絶縁膜又は無機絶縁膜を形成する工程とを具備し、
前記多孔質又は非多孔質の低誘電率絶縁膜として疎水化処理を施した無機膜を使用することを特徴とする膜形成方法。 - 紫外線照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、
前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はCMPストッパーとして無機膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする膜形成方法。 - N2H2ガスのプラズマ照射により、基板上に形成された有機絶縁膜の表面を改質する工程と、
前記表面改質された有機絶縁膜にエッチングマスク又はCMPストッパーとして無機膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする膜形成方法。 - 基板上に絶縁膜を塗布する塗布部と、
前記基板に超音波振動を与える手段を有し、前記塗布部で塗布された絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、
前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部と
を具備することを特徴とする膜形成装置。 - 基板上に有機絶縁膜を塗布する塗布部と、
前記基板の表面にN2H2ガスのプラズマを照射する手段を有し、前記塗布部で塗布された有機絶縁膜の表面を改質するための改質処理部と、
前記塗布部と前記改質処理部との間で基板の搬送を行う搬送部と
を具備することを特徴とする膜形成装置。 - 基板を保持し回転させる手段と、
前記回転手段により基板を回転させながら該基板上に絶縁膜材料を供給する供給手段と、
前記回転手段により基板を回転させながら、前記供給手段により基板上に供給された絶縁膜の表面にプラズマを照射する手段と
を具備することを特徴とする膜形成装置。 - 請求項6に記載の膜形成装置において、
前記プラズマを照射する手段はICPを用いたプラズマ発生装置であることを特徴とする膜形成装置。
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