JP4318930B2

JP4318930B2 - 基板処理方法

Info

Publication number: JP4318930B2
Application number: JP2003041063A
Authority: JP
Inventors: 勝天井; 孝之戸島
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP2004252054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジスト膜が形成された基板からレジスト膜を除去する基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスにおいては回路パターンの微細化が進んでおり、配線信号遅延の原因となっている配線抵抗を小さくするために、従来から広く用いられているアルミニウム配線またはアルミ合金配線に代えてまたはこれと併用して、より低抵抗な銅配線が用いられるようになってきている。この銅配線では、一般的にダマシン構造と呼ばれる配線構造が用いられる。
【０００３】
図１１は一般的にデュアルダマシン構造と呼ばれる配線構造の形成フローを模式的に示す説明図である。最初に、絶縁膜９０に形成された溝にバリアメタル層９１を介して銅材料を埋め込み、銅配線（下部配線）９２を形成する（図１１（ａ））。次に、後に行われる各種処理工程における下部配線９２の銅の酸化を防止するために、絶縁膜９０上にストッパー膜（または、絶縁膜バリア層、ハードマスク）９３を形成する（図１１（ｂ））。
【０００４】
ここで、ストッパー膜９３としては、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜、炭化珪素膜等が知られているが、例えば、特開２０００−３３２１０２号公報（特許文献１）には、真空チャンバ内で成膜した有機膜を用いる構成が開示されている。
【０００５】
このストッパー膜９３上に層間絶縁膜９４、反射防止膜９５、所定の回路パターンを有するレジスト膜９６を逐次形成した後にエッチング処理を行い、ビアホール９４ａを形成する（図１１（ｃ））。次いで、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を形成し、さらに犠牲膜９７の表面に所定のパターンを有するレジスト膜９８を形成した後にエッチング処理する。これによってビアホール９４ａの上部により幅の広いトレンチ９４ｂが形成される（図１１（ｄ））。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を備えた溝配線が絶縁膜９４に形成される（図１１（ｅ））。
【０００６】
下部配線９２とビアホール９４ａとを連通させるためのエッチング処理を行った後に、ビアホール９４ａとトレンチ９４ｂには、メタルバリア層８７（例えば、窒化チタン、窒化タンタル）とメッキシード層８８を介して銅８９が埋め込まれ、その表面が平坦化される（図１１（ｆ））。これにより、下部配線９２とビアホール９４ａ・トレンチ９４ｂに埋め込まれた銅８９とが導通する配線が形成される。
【０００７】
このようなデュアルダマシン構造の配線を形成する工程におけるレジスト膜９４の除去方法としては、薬液やアッシングによる方法が知られている。また、特開２００２−１８４７４１号（特許文献２）には、半導体ウエハに形成されたレジスト膜をオゾンと水蒸気を含む処理ガスによって水溶性に変性させ、純水によって半導体ウエハから変性したレジスト膜を除去する基板処理方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３３２１０２号公報（第１５〜１８段落、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−１８４７４１号公報（第５６〜６３段落、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エッチング処理によってビアホール９４ａを形成する方法では、ストッパー膜９３が除去されてしまう場合（所謂、オーバーエッチ）や、ストッパー膜９３にピンホール等の欠陥が生じてしまう場合がある。このような状態で次にレジスト除去処理（例えば、薬液処理やプラズマアッシング処理）を行うと、下部配線９２の銅がダメージを受けるおそれがある。また、オゾンと水蒸気を含む処理ガスを用いたレジスト膜変性処理においても、ストッパー膜９３にピンホール等の欠陥が存在すると、下部配線９２の銅が酸化される問題が生ずる。
【００１０】
また、ストッパー膜９３として有機膜を用いた場合には、レジスト膜をプラズマアッシング処理によって除去する際やビアホール９４ａをエッチングによって形成する際のストッパー膜として十分に機能しない場合がある。さらに、オゾンと水蒸気を含む処理ガスによるレジスト膜変性処理においては、オゾンと水蒸気の分子が有機膜を構成する炭素を攻撃して有機膜を劣化させ、これによって下部配線９２がダメージを受けるおそれがある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、所定の配線要素にダメージを与えることなく、レジスト膜を基板から除去する基板処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、所定の配線パターンが形成された基板から残存するレジスト膜をオゾンと水蒸気を含む処理ガスによって変性させて除去する基板処理方法であって、
前記基板に形成された、前記処理ガスによりダメージを受ける材料部に前記処理ガスに対して耐性を有する保護膜を選択的に形成する工程と、
前記基板に前記処理ガスを供給して、前記材料部のダメージを抑制しながら前記レジスト膜を変性させる工程と、
前記処理ガスによって処理された基板を純水で処理することにより変性したレジスト膜を前記基板から除去する工程と、
を有し、
前記材料部は金属材料を有し、前記保護膜は、前記材料部に対して選択的に結合するキレート剤または界面活性剤を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【００１５】
このような基板処理方法によれば、基板からレジスト膜を除去する際の処理ガスやプラズマ等の雰囲気によって、金属配線部分等がダメージを受けることが防止される。これによって信頼性の高い、高品質な製品を製造することができる。
【００１６】
【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。図１は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装置１０１と、レジスト塗布／現像装置１０２と、露光装置１０３と、エッチャー１０４と、膜除去装置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装置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。
【００１７】
ＣＶＤ装置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等を形成するために用いられる。このＣＶＤ装置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）装置を用いることもできる。
【００１８】
レジスト塗布／現像装置１０２は、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／現像装置１０２の詳細な構造は図示しないが、レジスト塗布／現像装置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、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。
【００１９】
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。また膜除去装置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レジスト膜や犠牲膜、エッチング後のポリマー残渣を、オゾン（Ｏ_３）と水蒸気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。
【００２０】
ここで「変性」とは、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と、犠牲膜がウエハＷ上に残った状態で純水または所定の薬液に溶解する性質に変質することをいう。処理ガスによるウエハＷの処理後には、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を純水で処理（水洗処理）することにより、変性したレジスト膜とポリマー残渣をウエハＷから除去することができる。また、変性した犠牲膜は、純水または所定の薬液によって処理することで、ウエハＷから除去される。なお、変性したレジスト膜とポリマー残渣は、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。
【００２１】
図２は膜除去装置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。膜除去装置１００は、ウエハＷが収容されたキャリアが他の処理装置等から搬入され、逆に膜除去装置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装置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に設けられたレジスト膜等の変性処理およびその後のレジスト膜等の除去処理、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１０ａ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１０ａ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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）１３ａ・１３ｂを有しており、例えば、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂ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）１３ａ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。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ようになっており、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）１３ａに載置することにより、ウエハＷの汚染が抑制される。
【００２７】
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）１３ａ・１３ｂ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）１３ａ・１３ｂ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）１３ａ・１３ｂとの間でウエハＷを搬送する。
【００２８】
処理ステーション２の背面側には、ウエハＷに形成されているレジスト膜等の変性処理を行う膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈが配置されている。図５は膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａの概略断面図である。この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。蓋体４１ｂは下部容器４１ａの上方に待避可能である。
【００２９】
下部容器４１ａ周縁の立起部の上面にはＯリング４８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４８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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、オゾンと水蒸気を含む処理ガス（以下、単に「処理ガス」という）等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。ガス導入口３４ａには後に説明する処理ガス供給装置１６が接続され、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。
【００３４】
ウエハＷを処理ガスによって処理する際には、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。
【００３５】
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箇所に鉛直方向で重なる位置に設けられており、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。ロック機構３５はローラ５９ａ・５９ｂで突起部４７ａ・４７ｂを挟み込むことによって下部容器４１ａと蓋体４１ｂとを密着させるが、間隙部４９の位置にローラ５９ａ・５９ｂが移動し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。
【００３６】
処理ステーション２の正面側には、ウエハＷを膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈで処理する前に、ウエハＷにおいてオゾンと水蒸気によるダメージを防止すべき材料部分（以下「保護部」という）に保護膜を形成し、また、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を水洗処理してレジスト膜等を除去する保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄが配置されている。
【００３７】
図６は保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａの概略構造を示す断面図である。保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａの中央部には環状のカップ（ＣＰ）が配置され、カップ（ＣＰ）の内側にはスピンチャック７１が配置されている。スピンチャック７１は真空吸着によってウエハＷを固定保持した状態で駆動モータ７２によって回転駆動される。カップ（ＣＰ）の底部には保護部に保護膜を形成するための薬液、薬液を洗い流すためのリンス処理に用いる純水を排出するドレイン７３が設けられている。
【００３８】
駆動モータ７２は、ユニット底板７４に設けられた開口７４ａ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７５を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動機構７６および昇降ガイド７７と結合されている。駆動モータ７２の側面には、例えばＳＵＳからなる筒状の冷却ジャケット７８が取り付けられ、フランジ部材７５は、この冷却ジャケット７８の上半部を覆うように取り付けられている。
【００３９】
薬液等をウエハＷに供給する際には、フランジ部材７５の下端７５ａは、開口７４ａの周縁付近でユニット底板７４に密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピンチャック７１とウエハ搬送アーム１４ａとの間でウエハＷの受け渡しが行われるときは、昇降駆動機構７６が駆動モータ７２およびスピンチャック７１を上方へ持ち上げることでフランジ部材７５の下端７５ａがユニット底板７４から浮くようになっている。
【００４０】
保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａは、スピンチャック７１に保持されたウエハＷの表面に保護部に保護膜を形成するための薬液「以下「保護薬液」という）を供給する薬液ノズル８１と、ウエハＷの表面に純水を供給する純水ノズル（図示せず）と、ウエハＷに乾燥ガス（例えば、窒素ガス）を噴射するガスノズル（図示せず）と、を備えている。
【００４１】
薬液ノズル８１はスキャンアーム８２に保持されている。スキャンアーム８２は、ユニット底板７４の上でＸ方向に敷設されたガイドレール８４上で水平移動可能な垂直支持部材８５の上端部に取り付けられており、Ｘ軸駆動機構９６によって垂直支持部材８５と一体的にＸ方向に移動するようになっている。また、スキャンアーム８２はＸ方向に伸縮自在であり、かつ、Ｚ軸駆動機構９７によって上下方向（Ｚ方向）に移動可能となっている。こうして、薬液ノズル８１は、ウエハＷの上方の所定の位置とカップ（ＣＰ）外の所定の位置との間で移動可能である。なお、純水ノズルとガスノズルも、薬液ノズル８１と同様に移動可能に構成されている。
【００４２】
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。先に説明した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おり、同様に、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ・１２ｂと保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ｃ・１２ｄとは、境界壁２２ａについて略対称な構造を有している。これにより主ウエハ搬送装置１４を、Ｘ方向に移動する機構を必要としない簡単な構造とすることができ、ウエハ搬送アーム１４ａの膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ〜１５ｈや保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄへのアクセスが容易となっている。
【００４３】
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は水平方向で進退自在であり、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を搬送することができる。
【００４４】
ケミカルステーション５には、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、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄで使用する保護薬液を貯蔵／送液する薬液供給装置１７と、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄへ純水を供給する純水供給装置１８が設けられている。
【００４５】
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器と、オゾンを希釈する窒素ガスおよびレジスト膜等の変性処理後にチャンバ３０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器と、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、オゾンと水蒸気によって保護部がダメージを受けることを抑制するダメージ抑制物質をチャンバ３０に送る抑制物質供給器と、を有している。
【００４６】
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。抑制物質供給器は、例えば、ダメージ抑制物質を気化させて、窒素ガスをキャリアとしてダメージ抑制物質の蒸気をチャンバ３０に送る。なお、ケミカルステーション５には、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）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）が設けられている。このガス供給調整装置への乾燥ガスの供給は、例えば、図示しない工場配管等の供給ラインを用いて行われる。
【００４７】
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を形成する方法について説明する。図７はデュアルダマシン構造の溝配線を形成する工程を示すフローチャートであり、図８は溝配線の形成過程における形態変化を示す説明図である。
【００４８】
最初に、バリアメタル層６１を介して下部配線（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（またはエッチストッパー（例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜等））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装置１０１に搬入して、そこでストッパー膜６３上に絶縁膜６５を形成する（ステップ１、図８（ａ））。
【００４９】
次に絶縁膜６５が形成されたウエハＷを、レジスト塗布／現像装置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６５上にレジスト膜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／現像装置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８（ｂ））。
【００５０】
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）。これによりストッパー膜６３に達するビアホール６５ａが絶縁膜６５に形成される（図８（ｃ））。このエッチング処理の際に、ストッパー膜６３がダメージを受けて、ストッパー膜６３に微細なピンホール（図示せず）が生じている場合がある。また、ストッパー膜６３の形成過程でピンホールが発生しているおそれもある。そのような状態で、次にレジスト膜６６を処理ガスで処理すると、このピンホールを通して下部配線６２の銅がオゾンと水蒸気の分子によって酸化され、例えば、生成した酸化銅がビアホール６５ａに隆起する等の問題を生ずる。
【００５１】
そこで、エッチング処理が終了してビアホール６５ａが形成されたウエハＷを次に膜除去装置１００に搬送し、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに搬入し、そこで、ストッパー膜６３の露出部分（この部分が保護部となる）において、ストッパー膜６３に保護膜６４を形成する（ステップ４）。
【００５２】
ステップ４は具体的には以下のように行われる。最初に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。次いで、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）１３ｂへ搬送される。ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ｂに載置されたウエハＷは、ウエハ搬送アーム１４ａによって、例えば、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａに搬入され、そこでスピンチャック７１に保持される。
【００５３】
スピンチャック７１に保持されたウエハＷの表面に薬液ノズル８１から保護薬液を供給し、所定時間経過後にスピンチャック７１を回転させて余分な保護薬液をウエハＷから振り切り、さらに純水によるリンス処理とスピン乾燥を行う。これによって、保護部に選択的に保護膜６４が形成される（図８（ｄ））。保護膜６４を形成するための保護薬液としては、本実施形態の場合には、銅に対して選択的に結合する能力を有するキレート材料や界面活性剤等を含むものが用いられる。キレート材料としては、例えば、脂肪酸等を有するアニオン系の薬液が挙げられ、界面活性剤としては金属との結合性の高い水酸基を有するアルコール系のものが挙げられる。
【００５４】
このような保護薬液は銅が存在しない部分には付着し難く、したがって、レジスト膜６６や絶縁膜６５に付着した保護薬液は、前述の通り、純水によるリンス処理で洗い流すことができる。なお、図８（ｄ）では模式的にストッパー膜６３上に保護膜６４が形成された状態を示しているが、保護膜６４は、下部配線６２がビアホール６５ａに露出しないように、ストッパー膜６３に形成されたピンホールを埋めるだけでもよい。
【００５５】
保護膜６４が形成されたウエハＷは、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）に搬入され、そこでオゾンと水蒸気とを含む処理ガスによるレジスト膜６６の変性処理が行われる（ステップ５）。
【００５６】
このステップ５は、概略、以下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。
【００５７】
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。
【００５８】
ヒータ４５ａ・４５ｂを発熱させて、ステージ３３および蓋体４１ｂを所定の温度に保持する。ここで、蓋体４１ｂの温度をステージ３３の温度よりも所定温度高く設定すると、チャンバ３０内に処理ガスを供給した際にチャンバ３０内における水蒸気の密度が蓋体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。
【００５９】
ステージ３３および蓋体４１ｂが所定温度に保持され、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、所定の陽圧となるように調節する。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に形成されているレジスト膜６６とエッチング残渣は、水溶性へと変化する（図８（ｅ））。このように処理ガスは、レジスト膜６６やポリマー残渣を変性させるが、下部配線６２や絶縁膜６５にダメージを与えることはない。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａにおける処理においては、レジスト膜６６やポリマー残渣は水溶性に変化しているが、ウエハＷから剥離はしていない。このためウエハＷを再び保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄのいずれかに戻し、そこで水洗処理を行って変性したレジスト膜６６を除去する（ステップ６、図８（ｆ））。例えば、スピンチャック７１に保持されたウエハＷの表面に純水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の表面から純水を振り切り、さらにウエハ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から完全に変性したレジスト膜６６を除去し、その後にスピン乾燥を行う。その後、ウエハＷは、ウエハ載置ユニット（ＴＲＳ）１３ａ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。
【００６３】
続いてキャリアＣに戻されたウエハＷは、レジスト塗布／現像装置１０２に搬送されて、そこで絶縁膜６５の表面に犠牲膜６７が形成され、さらに犠牲膜６７上にエッチングマスクとなる回路パターンを有するレジスト膜６８が形成される（ステップ７、図８（ｇ））。ここで、レジスト膜６８には、ビアホール６５ａの幅よりも広い溝をビアホール６５ａの上方に形成する。
【００６４】
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６５ａの上部がより幅の広いトレンチ６５ｂとなる（ステップ８、図８（ｈ））。絶縁膜６５の上に犠牲膜６７を形成しておくことによって、絶縁膜６５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。
【００６５】
エッチング処理の終了したウエハＷは膜除去装置１００に搬送され、そこで先に行ったレジスト膜６６の変性処理および除去処理と同様にして、犠牲膜６７とレジスト膜６８の変性処理（ステップ９）と、それに続く犠牲膜６７とレジスト膜６８とポリマー残渣の水洗処理による除去が行われる（ステップ１０、図８（ｉ））。なお、犠牲膜６７はその種類によって、レジスト膜６８と同様に水溶性へと変性する場合と、所定の薬液に溶解するように変性する場合とがある。変性した犠牲膜６７の処理に薬液が必要な場合には、保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）１２ａ〜１２ｄに、スピンチャック７１に保持されるウエハＷにこの薬液を供給することができるノズルを設けておけばよい。
【００６６】
犠牲膜６７が除去されたウエハＷをエッチャー１０４に搬送して、そこで、トレンチ６５ｂの下部の保護膜６４とストッパー膜６３を除去する（ステップ１１、図８（ｊ））。なお、保護膜６４は所定の薬液によっても除去してもよい。その後は、ビアホール６５ａとトレンチ６５ｂ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法等を用いてメッキシード層を形成し、さらにＣＶＤ法等を用いてビアホール６５ａとトレンチ６５ｂに銅等の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６５ａとが導通したプラグを形成することができる（ステップ１２）。このステップ１２は、先に図１１（ｅ）から図１１（ｆ）に示した工程と同様であるので図示を省略する。
【００６７】
次に、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を形成する別の方法について説明する。図９はデュアルダマシン構造の溝配線を形成する別の工程を示すフローチャートである。図９に示される処理フローにおいて、ステップ１〜４は、先に説明した図７に示す処理フローと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６８】
次に、保護膜６４が形成されたウエハＷに対してレジスト膜６６の変性処理を膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）１５ａ（または１５ｂ〜１５ｈのいずれか）において行うが、このときに、チャンバ３０にオゾンと水蒸気とを含む処理ガスを供給すると同時に、オゾンと水蒸気によって保護部がダメージを受けることを抑制するダメージ抑制物質を抑制物質供給器からチャンバ３０に送る。つまり、保護部のダメージを抑制しながら、レジスト膜６６に対して変性処理を行う（ステップ５Ａ）。このステップ５Ａの処理条件は、先に説明したステップ５と同様である。ダメージ抑制物質としては、例えば、保護膜６４の成分であるキレート材料や界面活性剤が挙げられる。チャンバ３０にダメージ抑制物質を供給するための専用の供給管を設けてもよいし、ダメージ抑制物質は処理ガスとともにチャンバ３０に供給されてもよい。
【００６９】
このようなステップ５Ａの処理を行う場合には、ダメージ抑制物質は選択的に保護部を覆うような膜を形成するために、保護膜６４を形成するステップ４の処理を省略することができる（図９参照）。保護部の安全を確保するためには、ステップ５Ａの処理前にステップ４の処理を行っておくことが好ましい。ステップ５Ａの処理が終了したら、その後は先に説明したステップ６〜１２にしたがってウエハＷを処理すればよい。
【００７０】
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、保護膜の形成やダメージ抑制物質が添加された処理ガスによる基板の処理は、ゲート電極をレジスト膜でマスクした後に所定領域に基板のイオン注入を行い、その後にレジスト膜を除去する工程にも利用することができる。図１０はその概略工程図である。
【００７１】
最初に、図１０（ａ）に示すように、公知のプロセスによってシリコン膜５２上にＴｉＮ等からなるバリア膜５３を介してタングステン電極５４を形成する。次にシリコン膜５２にイオン注入すべき領域が露出するように、所定回路パターンを有するレジスト膜５５を形成する（図１０（ｂ））。続いて所定のイオン（例えば、リン（Ｐ）やホウ素（Ｂ））によるイオン注入処理を行い、シリコン膜５２にイオン注入層５２ａを形成する（図１０（ｃ））。次に、タングステン電極５４の露出面に保護膜５６ａを形成し（図１０（ｄ））、その後にレジスト膜５５を処理ガスで処理して変性させ、さらに水洗処理してレジスト膜５５を除去し、続いて保護膜５６ａを所定の薬液によって除去する（図１０（ｅ））。こうして、処理ガスの分子によるタングステン電極５４の酸化を防止することができる。なお、保護膜５６ａはイオン注入処理の前に形成してもよい。
【００７２】
次にこのような処理工程と同じようにして、先にレジスト膜５５に覆われていた部分が露出し、かつ、イオン注入された部分とタングステン電極５４が覆われるようにレジスト膜５７を形成して、例えば、別種のイオンによるイオン注入を行ってイオン注入層５２ｂを形成する（図１０（ｆ））。続いて、タングステン電極５４の側面に保護膜５６ｂを形成し、その後にレジスト膜５７を処理ガスで処理して変性させ、さらに水洗処理してレジスト膜５７を除去し、さらに保護膜５６ｂを除去する（図１０（ｇ））。このような一連の処理において、処理ガスにはダメージ抑制物質を添加してもよいし、保護膜５６ａ・５６ｂを形成することなく、ダメージ抑制物質が添加された処理ガスでレジスト膜５５・５７を処理してもよい。
【００７３】
上記説明においてはレジスト膜の変性処理の際に処理ガスの分子から保護部を保護する場合について説明したが、レジスト膜の除去方法として各種のプラズマ処理や薬液処理を利用した場合にも、保護部に保護膜を形成することにより、有効に保護部を保護することができる。保護膜は処理雰囲気（プラズマ雰囲気や所定のガス雰囲気等）によるダメージを受けやすい金属材料に好適に成膜されるが、アルミナ等の金属材料以外の材料であっても、処理雰囲気によってダメージを受けやすい部分に選択的に形成することができる。
【００７４】
また、上記説明においては、膜除去装置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、レジスト膜の変性処理や、ウエハＷの水洗処理、保護部（処理雰囲気によるダメージを防止すべき材料部分）への保護膜の形成処理は、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。
【００７５】
上記説明においては、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成分、例えば、過酸化水素等をガスとして含有させることもできる。
【００７６】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、基板からレジスト膜を除去する際の処理ガスやプラズマ等の処理雰囲気によって基板に設けられた金属配線部分等がダメージを受けることが防止される。これによって信頼性の高い、高品質な製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハ処理システムの概略構成を示す説明図。
【図２】膜除去装置の概略平面図。
【図３】膜除去装置の概略正面図。
【図４】膜除去装置の概略背面図。
【図５】膜除去装置に備えられた膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）の概略断面図。
【図６】膜除去装置に備えられた保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）の概略断面図。
【図７】レジスト膜の除去工程を示すフローチャート。
【図８】レジスト膜の除去工程におけるウエハの形態変化を模式的に示す説明図。
【図９】レジスト膜の別の除去工程を示すフローチャート。
【図１０】ゲート電極回りへのイオン注入処理からレジスト膜除去処理に至る一連の工程の一例を模式的に示す説明図。
【図１１】従来のデュアルダマシン構造の形成フローを模式的に示す説明図。
【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；保護膜塗布／洗浄処理ユニット（Ｐ／Ｃ・Ｕ）
１５ａ〜１５ｈ；膜変性処理ユニット（ＶＯＳ）
６０；絶縁膜
６１；バリアメタル層
６２；下部配線（銅配線）
６３；ストッパー膜
６４；保護膜
６５；絶縁膜
６５ａ；ビアホール
６５ｂ；トレンチ
６６；レジスト膜
６７；犠牲膜
７１；スピンチャック
１００；膜除去装置
１０４；エッチャー
Ｗ；ウエハ（基板）

Claims

所定の配線パターンが形成された基板から残存するレジスト膜をオゾンと水蒸気を含む処理ガスによって変性させて除去する基板処理方法であって、
前記基板に形成された、前記処理ガスによりダメージを受ける材料部に前記処理ガスに対して耐性を有する保護膜を選択的に形成する工程と、
前記基板に前記処理ガスを供給して、前記材料部のダメージを抑制しながら前記レジスト膜を変性させる工程と、
前記処理ガスによって処理された基板を純水で処理することにより変性したレジスト膜を前記基板から除去する工程と、
を有し、
前記材料部は金属材料を有し、前記保護膜は、前記材料部に対して選択的に結合するキレート剤または界面活性剤を有することを特徴とする基板処理方法。
前記基板を前記処理ガスで処理する工程において、
前記材料部へのダメージを抑制する物質を前記処理ガスとともに前記基板に供給することを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
前記材料部は、金属材料からなる配線要素と、前記配線要素の表面に設けられたバリア膜とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
前記金属材料は銅またはタングステンであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
前記キレート剤は脂肪酸等を有するアニオン系の薬液であり、前記界面活性剤は前記金属との結合性が高い水酸基を有するアルコール系界面活性剤であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板処理方法。