基板の洗浄方法及び半導体製造装置
【課題】パターンの形状を保持した状態でパターンの底部まで洗浄可能な洗浄方法を提供する。
【解決手段】真空状態に保持された処理容器内にてウエハ上の膜に所定のパターンを形成するウエハの洗浄方法は、エッチング処理により所定のパターンが形成されたウエハ上の膜を所望のクリーニングガスにより洗浄する工程と（前工程）、前工程後、酸化性ガスによりパターン表面の残渣を酸化させる工程と（酸化工程）、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる工程と（還元工程）を含む。酸化工程と還元工程は連続して実行する（連続工程）。前工程及び連続工程に用いられるガスは、内部圧力が処理容器の内部圧力より高圧に保持されたガスノズルから処理容器内に放出されることによりクラスタ化される。
【解決手段】真空状態に保持された処理容器内にてウエハ上の膜に所定のパターンを形成するウエハの洗浄方法は、エッチング処理により所定のパターンが形成されたウエハ上の膜を所望のクリーニングガスにより洗浄する工程と（前工程）、前工程後、酸化性ガスによりパターン表面の残渣を酸化させる工程と（酸化工程）、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる工程と（還元工程）を含む。酸化工程と還元工程は連続して実行する（連続工程）。前工程及び連続工程に用いられるガスは、内部圧力が処理容器の内部圧力より高圧に保持されたガスノズルから処理容器内に放出されることによりクラスタ化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング処理により所望のパターンが形成された基板の洗浄方法及び該基板の洗浄方法を利用して半導体を製造する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置にて、Ｃｕ配線時に基板上にデュアルダマシン構造を形成する場合や、リソグラフィー技術を用いて転写、露光、現像により基板上に所望のパターンを形成する場合、膜のドライエッチングやレジストのアッシングにより、形成されたトレンチやビア等のパターンの側壁、底壁にエッチング残渣やアッシング残渣が付着する。付着したドライエッチングやアッシング後の洗浄工程は、従来、薬液を使って液相で洗浄するウエット洗浄が主に行われていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年、パターンをさらに微細化してほしいという要求と層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ膜を利用したいという要求により、いくつかの問題が顕在化してきている。その一つは、薬液による基板洗浄後の乾燥工程中に、クリーニング用の薬液の表面張力によりパターンが倒れるという問題が生じていた。もう一つは、薬液が浸透してＬｏｗ−ｋ膜へのダメージが大きくなるという問題があった。具体的には、ダメージによりＬｏｗ−ｋ膜の比誘電率が高くなったり、パターン幅（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が大きくなったりするという問題が生じていた。
【０００４】
また、パターンの微細化に伴い、ビアはより細く、かつその底部は深くなったため、ビア底のエッチング残渣を洗浄することが難しくなっていた。よって、細いビアホールのビア底まで均一に洗浄しようとすると、直進性及び指向性の高い分子をビア底に衝突させ、ビア底にて化学的反応又は物理的反応を促進させる必要があった。
【０００５】
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、基板上に形成されたパターンの形状を保持した状態でパターンの底部まで洗浄可能な、新規かつ改良された基板の洗浄方法及び半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、真空状態に保持された処理容器内にて、基板上の膜に所定のパターンが形成された基板を洗浄する方法であって、エッチング処理により所定のパターンが形成された基板上の膜を所望のクリーニングガスにより洗浄する前工程と、前工程後、酸化性ガスにより前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程とを有し、前記前工程及び前記連続工程に用いられるガスは、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルから前記処理容器内に放出されることによりクラスタ化することを特徴とする基板の洗浄方法が提供される。
【０００７】
かかる構成によれば、前記前工程及び前記連続工程に用いられるガスは、ガスノズルから処理容器内に放出され、クラスタ化される。クラスタ化されたガスは、数百万〜数千万個の分子の集合体である。よって、クラスタ化されたガス分子は、寄り固まって形成された塊のため、分子がそれぞれ一つずつ持っている運動エネルギーよりも高い運動エネルギーを持っている。よって、クラスタ化されたガス分子を基板に衝突させることにより化学反応を促進させ、より効果的に基板を洗浄することができる。
【０００８】
また、クラスタ化されたガスは直進性及び指向性が高いため、クリーニングガスを細く深いビア底まで運ぶことができ、ビア底まで確実にクリーニングすることができる。また、次工程でも、クラスタ化された酸化性ガスによりビア底までパターン表面の残渣を酸化させることができるとともに、クラスタ化された還元性ガスによりビア底まで残渣を還元し、除去することができる。この結果、近年の微細加工に対応してパターンのすみずみまで洗浄することができる。
【０００９】
また、クラスタ化されたガス分子は、基板の膜に衝突した瞬間に各分子がバラバラになって広がりながら飛び散るため、衝突と同時に一つ一つの分子の運動エネルギーは分散し、膜に大きなダメージを与えない。特にＬｏｗ−ｋ膜の場合には、ダメージにより比誘電率が高くなったり、パターン幅ＣＤが大きくなったりするが、クラスタ化されたガスを用いれば洗浄によるＬｏｗ−ｋ膜の劣化を防ぐことができる。
【００１０】
また、洗浄に薬液の液相を用いず、気相のクリーニングガスを用いるため、薬液の表面張力によりパターンが倒れるという問題も生じない。
【００１１】
さらに、かかる構成によれば、連続工程では、クリーニングガスによる洗浄工程（前工程）後、酸化性ガスによる残渣の酸化工程と該残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程とを連続して実行する。これによれば、ガスノズルを用いた非プラズマ方式を用いて、簡単に酸化工程と還元工程とを同一処理容器内で連続処理でき、洗浄時間を短縮し、スループットを高めることができる。
【００１２】
前記クリーニングガスは、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせであってもよい。
【００１３】
前記ガスノズルと前記基板との距離ｄは、式１にて定義される前記ガスノズルの出口から衝撃波が発生する位置までの距離Ｘｍより長く設定され、前記各工程に用いられるガスは、前記ガスノズルと前記基板との間でクラスタ化し、前記発生した衝撃波を用いて基板に衝突させてもよい。
【数１】
ただし、Ｄ０はガスノズルの出口の内径、Ｐｓはガスノズルの内部圧力、Ｐ０は処理容器の内部圧力である。
【００１４】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．４ＭＰａ以上であり、前記処理容器の内部圧力Ｐ０は、１．５Ｐａ以下であってもよい。
【００１５】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．９ＭＰａ以下であってもよい。
【００１６】
前記基板の洗浄方法は、基板に配線を形成する際のパターンの洗浄、又は露光後のレジストの洗浄に用いられてもよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、前記ガスノズルから所望のクリーニングガスを前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程と、を含む工程を実行することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせからなるクリーニングガスを、前記ガスノズルから前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、基板上に形成されたパターンの形状を保持した状態でパターンの底部まで洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成を示した縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は一分子が衝突する際の基板へのダメージを説明するための図であり、図２（ｂ）はクラスタ化された分子が衝突する際の基板へのダメージを説明するための図である。
【図３】デュアルダマシン構造を形成するプロセスを示した図である。
【図４】同実施形態に係る基板の洗浄方法を示した図である。
【図５】同実施形態の変形例に係るノズル出口から衝撃波までの距離を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
［クラスタ装置の構成］
まず、本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成について、図１を参照しながら説明する。クラスタ装置１０は、ウエハＷを収容し内部を密閉することができる真空の処理容器１００を有している。処理容器１００は、遮断器１２０により仕切られ、ガス供給室１００ａ、処理室１００ｂの２つに分かれている。ガス供給室１００ａ、処理室１００ｂの底部には、各室内を排気する排気口１０５ａ、１０５ｂがそれぞれ形成され、各室内の雰囲気を真空引きする排気ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００２３】
ガス供給室１００ａの側壁には、ガスノズル１１０が設けられている。ガスノズル１１０は、ターゲットに向けて開口するように位置づけられていて、これによりガスノズル１１０から放出されるガスは指向性を有するようになっている。ガスノズル１１０の上流側には、ガス供給管１１５を介してガス供給源１２５が設けられている。ガス供給源１２５は、処理容器１００の外部に設けられ、その内部には例えばクリーニングガス、酸化性ガス、還元性ガスがそれぞれ貯留されている。ガス供給管１１５には、弁体（図示しない）が設けられていて、その開閉を制御することによりガス供給管１１５からガスノズル１１０内に供給されるガス種を切り替えるようになっている。
【００２４】
供給されたガスは、ガスノズル１１０から放出され、クラスタ化される。このメカニズムについて説明する。ガスノズル１１０の内部圧力ＰＳは、０．４ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下になるように真空引きされている。一方、処理容器１００の内部圧力Ｐ０は、１．５Ｐａ以下に保持されるように真空引きされている。このように、ガスは、内部圧力ＰＳが処理容器１００の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズル１１０から処理容器１００内に放出される。
【００２５】
このように、高圧のガスノズル１１０から低圧の処理容器１００内に、反応性の高いガスｇを放出すると、圧力差によってガスｇの温度が急速に冷え、分子が寄り固まって形成される。このようにしてガスノズル１１０から処理容器１００内に放出されたガスｇは、クラスタ化される。クラスタ化されたガス（以下、ガスクラスタＣｇとも称する）は、数百万〜数千万個の分子が比較的弱く結びついた集合体である。
【００２６】
前述のように、ガスクラスタＣｇは指向性を有しているが、中にはまっすぐに飛ばないものがある。これがウエハＷまで飛来してウエハＷに衝突すると、期待していない方向にもエッチング処理やクリーニング処理が進んでしまう。そこで、ガスノズル１１０とウエハＷとの間に遮断器１２０を設け、まっすぐに飛ばないガスクラスタＣｇがウエハＷに衝突しないようにしている。遮断器１２０には穴１２０ａが設けられていて、ガスクラスタＣｇは、その穴１２０ａから処理室１００ｂに入る。
【００２７】
処理室１００ｃの内部には、ウエハＷを保持する保持部材１５５が設けられている。保持部材１５５は、ガスクラスタＣｇがウエハＷの表面に垂直に衝突するようにウエハＷを保持する。保持部材１５５には、保持部材１５５を移動させる図示しない移動部材が設けられている。移動部材の移動により、ガスクラスタＣｇはウエハＷの表面に対して垂直方向から、ウエハＷの表面全面に均一に供給される。
【００２８】
かかる構成によれば、エッチング形状やクリーニング精度を良好にすることができる。形状を良好にできるのは、エッチングやクリーニング反応が、ガスクラスタＣｇの衝突で熱エネルギーを生じた部分でのみ進行するためである。ガスクラスタＣｇは、熱エネルギーのない部分ではエッチングやクリーニング反応を進行させない。図１のウエハＷ上にはマスクＭの下に所定の層Ｆ及び層Ｆに形成されたホールＨが描かれているが、指向性を有するガスクラスタＣｇは、深く掘り進んだホールＨの側壁Ｈａに衝突しないため、ホールＨの側壁Ｈａで熱エネルギーが発生しない。このため、ホールＨの側壁Ｈａは基本的にエッチングまたはクリーニングされない。一方、掘り進んだホールＨの底部ＨｂにはガスクラスタＣｇが衝突してエッチングまたはクリーニングが進行する。このようにして、本実施形態によれば、細く深い、良好な形状のホールを形成するとともにクリーニング精度を高めることができる。
【００２９】
また、かかる構成によれば、ウエハＷへの電気的なダメージを与えないプロセスを実現できる。既存のプロセスでは、反応性ガスをプラズマによってイオン化していた。イオン化したガスは電気的エネルギーを持つため、ウエハＷに電気的なダメージを与えるおそれがあった。しかし、本実施形態にかかるクラスタ装置１０によれば、ガスクラスタＣｇをイオン化しない。このため、エッチングの際、ウエハＷに電気的なダメージを与えずにプロセスを進行することができる。
【００３０】
また、かかる構成によれば、このようにガスクラスタＣｇをイオン化しないため、装置にプラズマ源を必要としない。これにより、装置がシンプルになるためメンテナンスしやすく、製造コストを低減することができ、量産に向いた構造とすることができる。
【００３１】
［クラスタ化された分子の衝突］
次に、クラスタ化されたガスの衝突状態について、図１を参照しながら説明する。前述したように、図１に示したガスは、ガスノズル１１０から処理容器１００の内部に放出され、クラスタ化される。クラスタ化されたガス（ガスクラスタＣｇ）は、数百万〜数千万個の分子の集合体である。このようにクラスタ化されたガス分子は、寄り固まって形成された塊のため、分子がそれぞれ一つずつ持っている運動エネルギーよりも高い運動エネルギーを持っている。ガスクラスタの持つ高い運動エネルギーは、熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーが化学反応を促進させる。よって、クラスタ化されたガス分子をウエハＷに衝突させることにより高いエネルギーを用いて化学反応を促進させ、より効果的にウエハＷを洗浄することができる。
【００３２】
これに加えて、クラスタ化されたガスは、直進性及び指向性が高い。このため、ウエハＷ上の膜Ｆに形成された、５μｍ程度の細く深いビアの側面だけでなく、ビア底までガスを到達させることができる。これにより、ビア底まで確実にクリーニングすることができる。また、洗浄に薬液を用いず、気相のガスを用いるため、薬液の表面張力によりパターンが倒れるという問題も生じない。
【００３３】
また、クラスタ化されたガス分子は、ウエハＷの膜に衝突した瞬間に各分子がバラバラになって広がりながら飛び散るため、衝突と同時に一つ一つの分子の運動エネルギーは分散し、膜Ｆに大きなダメージを与えない。これについて、図２を用いて説明する。図２（ａ）は一分子が衝突する際のウエハＷへのダメージを示し、図２（ｂ）はクラスタ化された分子が衝突する際のウエハＷへのダメージを示す。
【００３４】
図２（ａ）に示したように、プラズマ源１３５では、反応性イオンを含むプラズマが生成される。反応性イオンはクラスタ化されていないため、分子の集合体ではないので一分子の衝突時のエネルギーは低いが、ウエハＷの深部まで衝突のダメージが及んでいることがわかる。一方、図２（ｂ）に示したように、ガスノズル１１０からはプラズマ化されていないガスを放出し、クラスタＣｇを生成する。生成されたクラスタＣｇは、ウエハＷの衝突のエネルギーは高いが、ウエハＷの膜に衝突した瞬間に各分子がバラバラになって飛び散るため、ウエハＷに対するダメージが少ないことがわかる。これにより、特にＬｏｗ−ｋ膜の場合には、衝突によるダメージを低減できることがわかる。これにより、ダメージによりＬｏｗ−ｋ膜の比誘電率が高くなったり、パターン幅ＣＤが大きくなったりすることを回避することができる。
【００３５】
[ガスクラスタＣｇを用いた洗浄方法]
次に、本実施形態に係るガスクラスタＣｇを用いた洗浄方法について説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）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。図４は、本実施形態に係るウエハＷの洗浄方法を示す。
【００３６】
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、ウエハＷに多層配線回路を形成する。図３（ａ）では、ウエハＷ上に形成された上層の層間絶縁膜であるＬｏｗ−ｋ膜２４上に反射防止膜（ＢＡＲＣ；Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｒｔｉｎｇ）２５を形成した後、反射防止膜２５上にレジスト膜２６を形成し、次いでレジスト膜２６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２６に回路パターンを形成する。なお、Ｌｏｗ−ｋ膜２４の下には、下層の層間絶縁膜であるＬｏｗ−ｋ膜２０、バリアメタル層２１、Ｃｕ配線層２２、ストッパー膜２３が形成されている。
【００３７】
図３（ｂ）では、こうして得られたウエハの表面を、Ｌｏｗ−ｋ膜２４にビアホール２４ａが形成されるようにエッチング処理する。図３（ｃ）では、反射防止膜２５とレジスト膜２６を、薬液処理やアッシング処理等によって除去する。その後、ビアホール２４ａを有するＬｏｗ−ｋ膜２４の表面に犠牲膜２７を形成する。このときビアホール２４ａも犠牲膜２７によって埋められる。
【００３８】
図３（ｄ）では、犠牲膜２７の表面にレジスト膜２８を形成して、レジスト膜２８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２８に回路パターンを形成する。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、図３（ｅ）に示した、ビアホール２４ａの上部がより幅の広いトレンチ２４ｂが形成される。最後に、図３（ｆ）に示したように、レジスト膜２８と犠牲膜２７をアッシングにより除去することによって、ビアホール２４ａとトレンチ２４ｂを備えた溝配線要素がＬｏｗ−ｋ膜２４に形成される。
【００３９】
かかる工程では、図４（ａ）に示したように、ビアホール２４ａ及びトレンチ２４ｂのエッチング処理により、トレンチ２４ｂおよびビア２４ａの側壁、底壁にエッチング残渣５０ａが付着し、残存する。また、レジスト膜２７のアッシング処理によっても、トレンチ２４ｂおよびビア２０７ａの側壁、および底壁にアッシング残渣５０ｂが付着し、残存する。さらに、パターン形成中にＣｕ配線層２２から飛び散った銅Ｃｕ５０ｃがビア底に付着する。エッチング残渣、アッシング残渣及びＣｕ配線層２２から飛び散った銅Ｃｕ５０ｃはすべて、パターン表面の残渣である。
【００４０】
本実施形態に係る洗浄方法によれば、これらの残渣をきれいに取り除くことができる。以下、本実施形態に係る洗浄方法について図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４１】
（前工程）
図４（ａ）に示したように、前工程では、エッチング処理により所定のパターンが形成されたウエハＷを所望のクリーニングガスにより洗浄する。クリーニングガスとしては、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせ又はこれらの組合せを使用することができる。このように反応性の高いＮＨ４ＯＨ等の洗浄薬液（ＮＨ４ＯＨ・・・）等を気相状にしてパターンを洗浄する。
【００４２】
ガスノズル１１０は、パターンに形成されたホール（２４ａ，２４ｂ）に向けられている。この状態で、ガスノズル１１０からクリーニングガスを放出すると、ガスは、処理容器内でクラスタ化する。ガスクラスタは、直進性、指向性を有するため、トレンチ２４ｂ及びビア２４ａの側壁だけでなくビア底Ｂまで侵入し、エッチング残渣、アッシング残渣、ビア底Ｂの銅と化学的に反応する。
【００４３】
本工程においては、反応性の高いクリーニングガスをクラスタ化しているため、パターンの底Ｂまでガスを到達させることができ、化学反応も促進される一方、Ｌｏｗ−ｋ膜２０、２４のダメージが少ない処理を実現できる。
【００４４】
（連続工程：酸化工程）
前工程後、酸化工程と還元工程とを含む連続工程が実施される。すなわち、酸化工程と還元工程との間にウエハＷの搬送工程は存在せず、同一処理室内で両工程が実行される。
【００４５】
酸化工程では、図４（ｂ）に示したように、酸化性ガスであるＯ２ガスによりパターン表面のエッチング残渣、アッシング残渣及びビア底Ｂの銅を酸化させる。
【００４６】
本工程においても酸化性ガスがクラスタ化しているため、パターンの底Ｂまでガスを到達させることができ、酸化反応も促進される一方、Ｌｏｗ−ｋ膜２０、２４のダメージが少ない処理を実現できる。
【００４７】
（連続工程：還元工程）
還元工程は、図４（ｃ）に示したように、酸化工程にて酸化された残渣２４ａ，２４ｂ、５０ｃを還元性ガスであるＨＣＯＯＨにより還元させる。本工程では、還元性ガスにより酸化銅を還元反応させることによりぎ酸銅を生成する。ぎ酸銅は揮発性であるから、処理容器１００から排気される。これにより、Ｃｕ配線層２２から飛び散った銅Ｃｕ５０ｃを除去することができる。同様に、エッチング残渣、アッシング残渣の酸化物も還元反応により揮発性物質にして除去する。
【００４８】
本工程においても還元性ガスをクラスタ化しているため、パターンの底Ｂまでガスを到達させることができ、還元反応も促進される一方、Ｌｏｗ−ｋ膜のダメージが少ない処理を実現できる。
【００４９】
さらに、かかる構成によれば、連続工程では、クラスタ化されたクリーニングガスによる洗浄工程（前工程）後、酸化工程と還元工程とを連続して実行する。これによれば、ガスノズル１１０を用いた非プラズマ方式により、酸化工程と還元工程とを同一処理室内で簡単に連続処理でき、洗浄時間を短縮し、スループットを高めることができる。
【００５０】
以上に説明したように、本実施形態に係る洗浄方法によれば、洗浄薬液の液相を使用する替わりに気相のガスクラスタＣｇを用いる。これにより、液相の薬液を用いる際に生じていたパターン倒れを回避することができる。また、運動エネルギーが高く、かつ直進性及び指向性の高いガスクラスタを用いることにより、細く深いパターン底Ｂを的確かつ迅速に洗浄することができる。さらに、ガスクラスタＣｇの結合は弱いため、衝突時、Ｌｏｗ−ｋ膜２０、２４のダメージを少なくすることができる。
【００５１】
（変形例）
最後に、変形例に係る洗浄方法について説明する。図５は、ガスノズル１１０の出口１１０ａから衝撃波までの距離を示した図である。ＩＳＳＮ０４５２−２９８２航空宇宙技術研究所資料（ＴＭ−７４１）“ＬＩＦ法による自由噴流の可視化と構造解析”（津田尚一 １９９７年７月航空宇宙研究所）によれば、ガスノズル１１０の出口１１０ａから衝撃波ＭＤ（Ｍａｃｈ Ｄｉｓｃ）が現れる位置までの距離Ｘｍ、ガスノズル１１０の喉部である出口１１０ａの内径Ｄ０、ガスノズルの内部圧力Ｐｓ、ガスが導入される処理容器１００の内部圧力Ｐ０には下記式１の関係がある。
【数１】
【００５２】
このとき、ガスノズル１１０の出口１１０ａからウエハＷまでの距離ｄは、式１にて定義されるガスノズル１１０の出口１１０ａからのガス流により衝撃波ＭＤが発生する位置までの距離Ｘｍより長く設定されることが好ましい。
【００５３】
本変形例の場合にも、上記各工程に用いられるガスは、ガスノズル１１０とウエハＷとの間でクラスタ化し、発生した衝撃波ＭＤのエネルギーを用いてさらに強くウエハＷに衝突する。これにより、より化学反応を促進し、膜にダメージを与えることなくホールを洗浄することができる。特に、ビア底Ｂに付着した酸化銅までもきれいに洗浄することができる。
【００５４】
上記実施形態に係る基板の洗浄方法において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、基板の洗浄方法の実施形態を、基板を洗浄する半導体製造装置の実施形態とすることができる。
【００５５】
これにより、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、前記ガスノズルから所望のクリーニングガスを前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによってエッチング処理後の所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置の実施形態が実現可能となる。
【００５６】
また、本実施形態に係る酸化工程と還元工程とは連続工程でなくてもよい。この場合には、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせからなるクリーニングガスを、前記ガスノズルから前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置の実施形態が実現可能となる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、基板の洗浄方法は、デュアルダマシン構造のビア底などのパターンの洗浄に用いたが、これに限定されず、基板上に形成されたパターンの洗浄に用いることができる。たとえば、リソグラフィー技術を用いて転写、露光、現像により基板上に所望のパターンを形成する場合の露光後のレジスト等の洗浄に用いることも可能である。
【００５９】
本発明に係る基板は、半導体ウエハであってもよく、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）であってもよい。
【００６０】
本発明に係るクラスタ装置は、イオン化器及び加速器を内蔵していてもよい。この場合、クラスタ化されたガスは、ガスノズルから供給され、イオン化器によりイオン化された後、加速器により加速され、保持部材１５５に保持されたウエハＷの表面に対して垂直に供給される。この機構は、ＧＣＩＢ（Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）と呼ばれている。
【符号の説明】
【００６１】
１０ クラスタ装置
２０、２４ Ｌｏｗ−ｋ膜
２１ バリアメタル
２２ Ｃｕ配線層
２４ａ ビアホール
２４ｂ トレンチ
１００ 処理容器
１００ａ ガス供給室
１００ｂ 処理室
１１０ ガスノズル
１１０ａ ガスノズルの出口
１２０ 遮断器
１２５ ガス供給源
１５５ 保持部材
Ｃｇ ガスクラスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング処理により所望のパターンが形成された基板の洗浄方法及び該基板の洗浄方法を利用して半導体を製造する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置にて、Ｃｕ配線時に基板上にデュアルダマシン構造を形成する場合や、リソグラフィー技術を用いて転写、露光、現像により基板上に所望のパターンを形成する場合、膜のドライエッチングやレジストのアッシングにより、形成されたトレンチやビア等のパターンの側壁、底壁にエッチング残渣やアッシング残渣が付着する。付着したドライエッチングやアッシング後の洗浄工程は、従来、薬液を使って液相で洗浄するウエット洗浄が主に行われていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年、パターンをさらに微細化してほしいという要求と層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ膜を利用したいという要求により、いくつかの問題が顕在化してきている。その一つは、薬液による基板洗浄後の乾燥工程中に、クリーニング用の薬液の表面張力によりパターンが倒れるという問題が生じていた。もう一つは、薬液が浸透してＬｏｗ−ｋ膜へのダメージが大きくなるという問題があった。具体的には、ダメージによりＬｏｗ−ｋ膜の比誘電率が高くなったり、パターン幅（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が大きくなったりするという問題が生じていた。
【０００４】
また、パターンの微細化に伴い、ビアはより細く、かつその底部は深くなったため、ビア底のエッチング残渣を洗浄することが難しくなっていた。よって、細いビアホールのビア底まで均一に洗浄しようとすると、直進性及び指向性の高い分子をビア底に衝突させ、ビア底にて化学的反応又は物理的反応を促進させる必要があった。
【０００５】
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、基板上に形成されたパターンの形状を保持した状態でパターンの底部まで洗浄可能な、新規かつ改良された基板の洗浄方法及び半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、真空状態に保持された処理容器内にて、基板上の膜に所定のパターンが形成された基板を洗浄する方法であって、エッチング処理により所定のパターンが形成された基板上の膜を所望のクリーニングガスにより洗浄する前工程と、前工程後、酸化性ガスにより前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程とを有し、前記前工程及び前記連続工程に用いられるガスは、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルから前記処理容器内に放出されることによりクラスタ化することを特徴とする基板の洗浄方法が提供される。
【０００７】
かかる構成によれば、前記前工程及び前記連続工程に用いられるガスは、ガスノズルから処理容器内に放出され、クラスタ化される。クラスタ化されたガスは、数百万〜数千万個の分子の集合体である。よって、クラスタ化されたガス分子は、寄り固まって形成された塊のため、分子がそれぞれ一つずつ持っている運動エネルギーよりも高い運動エネルギーを持っている。よって、クラスタ化されたガス分子を基板に衝突させることにより化学反応を促進させ、より効果的に基板を洗浄することができる。
【０００８】
また、クラスタ化されたガスは直進性及び指向性が高いため、クリーニングガスを細く深いビア底まで運ぶことができ、ビア底まで確実にクリーニングすることができる。また、次工程でも、クラスタ化された酸化性ガスによりビア底までパターン表面の残渣を酸化させることができるとともに、クラスタ化された還元性ガスによりビア底まで残渣を還元し、除去することができる。この結果、近年の微細加工に対応してパターンのすみずみまで洗浄することができる。
【０００９】
また、クラスタ化されたガス分子は、基板の膜に衝突した瞬間に各分子がバラバラになって広がりながら飛び散るため、衝突と同時に一つ一つの分子の運動エネルギーは分散し、膜に大きなダメージを与えない。特にＬｏｗ−ｋ膜の場合には、ダメージにより比誘電率が高くなったり、パターン幅ＣＤが大きくなったりするが、クラスタ化されたガスを用いれば洗浄によるＬｏｗ−ｋ膜の劣化を防ぐことができる。
【００１０】
また、洗浄に薬液の液相を用いず、気相のクリーニングガスを用いるため、薬液の表面張力によりパターンが倒れるという問題も生じない。
【００１１】
さらに、かかる構成によれば、連続工程では、クリーニングガスによる洗浄工程（前工程）後、酸化性ガスによる残渣の酸化工程と該残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程とを連続して実行する。これによれば、ガスノズルを用いた非プラズマ方式を用いて、簡単に酸化工程と還元工程とを同一処理容器内で連続処理でき、洗浄時間を短縮し、スループットを高めることができる。
【００１２】
前記クリーニングガスは、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせであってもよい。
【００１３】
前記ガスノズルと前記基板との距離ｄは、式１にて定義される前記ガスノズルの出口から衝撃波が発生する位置までの距離Ｘｍより長く設定され、前記各工程に用いられるガスは、前記ガスノズルと前記基板との間でクラスタ化し、前記発生した衝撃波を用いて基板に衝突させてもよい。
【数１】
ただし、Ｄ０はガスノズルの出口の内径、Ｐｓはガスノズルの内部圧力、Ｐ０は処理容器の内部圧力である。
【００１４】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．４ＭＰａ以上であり、前記処理容器の内部圧力Ｐ０は、１．５Ｐａ以下であってもよい。
【００１５】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．９ＭＰａ以下であってもよい。
【００１６】
前記基板の洗浄方法は、基板に配線を形成する際のパターンの洗浄、又は露光後のレジストの洗浄に用いられてもよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、前記ガスノズルから所望のクリーニングガスを前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程と、を含む工程を実行することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせからなるクリーニングガスを、前記ガスノズルから前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、基板上に形成されたパターンの形状を保持した状態でパターンの底部まで洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成を示した縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は一分子が衝突する際の基板へのダメージを説明するための図であり、図２（ｂ）はクラスタ化された分子が衝突する際の基板へのダメージを説明するための図である。
【図３】デュアルダマシン構造を形成するプロセスを示した図である。
【図４】同実施形態に係る基板の洗浄方法を示した図である。
【図５】同実施形態の変形例に係るノズル出口から衝撃波までの距離を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
［クラスタ装置の構成］
まず、本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成について、図１を参照しながら説明する。クラスタ装置１０は、ウエハＷを収容し内部を密閉することができる真空の処理容器１００を有している。処理容器１００は、遮断器１２０により仕切られ、ガス供給室１００ａ、処理室１００ｂの２つに分かれている。ガス供給室１００ａ、処理室１００ｂの底部には、各室内を排気する排気口１０５ａ、１０５ｂがそれぞれ形成され、各室内の雰囲気を真空引きする排気ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００２３】
ガス供給室１００ａの側壁には、ガスノズル１１０が設けられている。ガスノズル１１０は、ターゲットに向けて開口するように位置づけられていて、これによりガスノズル１１０から放出されるガスは指向性を有するようになっている。ガスノズル１１０の上流側には、ガス供給管１１５を介してガス供給源１２５が設けられている。ガス供給源１２５は、処理容器１００の外部に設けられ、その内部には例えばクリーニングガス、酸化性ガス、還元性ガスがそれぞれ貯留されている。ガス供給管１１５には、弁体（図示しない）が設けられていて、その開閉を制御することによりガス供給管１１５からガスノズル１１０内に供給されるガス種を切り替えるようになっている。
【００２４】
供給されたガスは、ガスノズル１１０から放出され、クラスタ化される。このメカニズムについて説明する。ガスノズル１１０の内部圧力ＰＳは、０．４ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下になるように真空引きされている。一方、処理容器１００の内部圧力Ｐ０は、１．５Ｐａ以下に保持されるように真空引きされている。このように、ガスは、内部圧力ＰＳが処理容器１００の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズル１１０から処理容器１００内に放出される。
【００２５】
このように、高圧のガスノズル１１０から低圧の処理容器１００内に、反応性の高いガスｇを放出すると、圧力差によってガスｇの温度が急速に冷え、分子が寄り固まって形成される。このようにしてガスノズル１１０から処理容器１００内に放出されたガスｇは、クラスタ化される。クラスタ化されたガス（以下、ガスクラスタＣｇとも称する）は、数百万〜数千万個の分子が比較的弱く結びついた集合体である。
【００２６】
前述のように、ガスクラスタＣｇは指向性を有しているが、中にはまっすぐに飛ばないものがある。これがウエハＷまで飛来してウエハＷに衝突すると、期待していない方向にもエッチング処理やクリーニング処理が進んでしまう。そこで、ガスノズル１１０とウエハＷとの間に遮断器１２０を設け、まっすぐに飛ばないガスクラスタＣｇがウエハＷに衝突しないようにしている。遮断器１２０には穴１２０ａが設けられていて、ガスクラスタＣｇは、その穴１２０ａから処理室１００ｂに入る。
【００２７】
処理室１００ｃの内部には、ウエハＷを保持する保持部材１５５が設けられている。保持部材１５５は、ガスクラスタＣｇがウエハＷの表面に垂直に衝突するようにウエハＷを保持する。保持部材１５５には、保持部材１５５を移動させる図示しない移動部材が設けられている。移動部材の移動により、ガスクラスタＣｇはウエハＷの表面に対して垂直方向から、ウエハＷの表面全面に均一に供給される。
【００２８】
かかる構成によれば、エッチング形状やクリーニング精度を良好にすることができる。形状を良好にできるのは、エッチングやクリーニング反応が、ガスクラスタＣｇの衝突で熱エネルギーを生じた部分でのみ進行するためである。ガスクラスタＣｇは、熱エネルギーのない部分ではエッチングやクリーニング反応を進行させない。図１のウエハＷ上にはマスクＭの下に所定の層Ｆ及び層Ｆに形成されたホールＨが描かれているが、指向性を有するガスクラスタＣｇは、深く掘り進んだホールＨの側壁Ｈａに衝突しないため、ホールＨの側壁Ｈａで熱エネルギーが発生しない。このため、ホールＨの側壁Ｈａは基本的にエッチングまたはクリーニングされない。一方、掘り進んだホールＨの底部ＨｂにはガスクラスタＣｇが衝突してエッチングまたはクリーニングが進行する。このようにして、本実施形態によれば、細く深い、良好な形状のホールを形成するとともにクリーニング精度を高めることができる。
【００２９】
また、かかる構成によれば、ウエハＷへの電気的なダメージを与えないプロセスを実現できる。既存のプロセスでは、反応性ガスをプラズマによってイオン化していた。イオン化したガスは電気的エネルギーを持つため、ウエハＷに電気的なダメージを与えるおそれがあった。しかし、本実施形態にかかるクラスタ装置１０によれば、ガスクラスタＣｇをイオン化しない。このため、エッチングの際、ウエハＷに電気的なダメージを与えずにプロセスを進行することができる。
【００３０】
また、かかる構成によれば、このようにガスクラスタＣｇをイオン化しないため、装置にプラズマ源を必要としない。これにより、装置がシンプルになるためメンテナンスしやすく、製造コストを低減することができ、量産に向いた構造とすることができる。
【００３１】
［クラスタ化された分子の衝突］
次に、クラスタ化されたガスの衝突状態について、図１を参照しながら説明する。前述したように、図１に示したガスは、ガスノズル１１０から処理容器１００の内部に放出され、クラスタ化される。クラスタ化されたガス（ガスクラスタＣｇ）は、数百万〜数千万個の分子の集合体である。このようにクラスタ化されたガス分子は、寄り固まって形成された塊のため、分子がそれぞれ一つずつ持っている運動エネルギーよりも高い運動エネルギーを持っている。ガスクラスタの持つ高い運動エネルギーは、熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーが化学反応を促進させる。よって、クラスタ化されたガス分子をウエハＷに衝突させることにより高いエネルギーを用いて化学反応を促進させ、より効果的にウエハＷを洗浄することができる。
【００３２】
これに加えて、クラスタ化されたガスは、直進性及び指向性が高い。このため、ウエハＷ上の膜Ｆに形成された、５μｍ程度の細く深いビアの側面だけでなく、ビア底までガスを到達させることができる。これにより、ビア底まで確実にクリーニングすることができる。また、洗浄に薬液を用いず、気相のガスを用いるため、薬液の表面張力によりパターンが倒れるという問題も生じない。
【００３３】
また、クラスタ化されたガス分子は、ウエハＷの膜に衝突した瞬間に各分子がバラバラになって広がりながら飛び散るため、衝突と同時に一つ一つの分子の運動エネルギーは分散し、膜Ｆに大きなダメージを与えない。これについて、図２を用いて説明する。図２（ａ）は一分子が衝突する際のウエハＷへのダメージを示し、図２（ｂ）はクラスタ化された分子が衝突する際のウエハＷへのダメージを示す。
【００３４】
図２（ａ）に示したように、プラズマ源１３５では、反応性イオンを含むプラズマが生成される。反応性イオンはクラスタ化されていないため、分子の集合体ではないので一分子の衝突時のエネルギーは低いが、ウエハＷの深部まで衝突のダメージが及んでいることがわかる。一方、図２（ｂ）に示したように、ガスノズル１１０からはプラズマ化されていないガスを放出し、クラスタＣｇを生成する。生成されたクラスタＣｇは、ウエハＷの衝突のエネルギーは高いが、ウエハＷの膜に衝突した瞬間に各分子がバラバラになって飛び散るため、ウエハＷに対するダメージが少ないことがわかる。これにより、特にＬｏｗ−ｋ膜の場合には、衝突によるダメージを低減できることがわかる。これにより、ダメージによりＬｏｗ−ｋ膜の比誘電率が高くなったり、パターン幅ＣＤが大きくなったりすることを回避することができる。
【００３５】
[ガスクラスタＣｇを用いた洗浄方法]
次に、本実施形態に係るガスクラスタＣｇを用いた洗浄方法について説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）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。図４は、本実施形態に係るウエハＷの洗浄方法を示す。
【００３６】
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、ウエハＷに多層配線回路を形成する。図３（ａ）では、ウエハＷ上に形成された上層の層間絶縁膜であるＬｏｗ−ｋ膜２４上に反射防止膜（ＢＡＲＣ；Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｒｔｉｎｇ）２５を形成した後、反射防止膜２５上にレジスト膜２６を形成し、次いでレジスト膜２６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２６に回路パターンを形成する。なお、Ｌｏｗ−ｋ膜２４の下には、下層の層間絶縁膜であるＬｏｗ−ｋ膜２０、バリアメタル層２１、Ｃｕ配線層２２、ストッパー膜２３が形成されている。
【００３７】
図３（ｂ）では、こうして得られたウエハの表面を、Ｌｏｗ−ｋ膜２４にビアホール２４ａが形成されるようにエッチング処理する。図３（ｃ）では、反射防止膜２５とレジスト膜２６を、薬液処理やアッシング処理等によって除去する。その後、ビアホール２４ａを有するＬｏｗ−ｋ膜２４の表面に犠牲膜２７を形成する。このときビアホール２４ａも犠牲膜２７によって埋められる。
【００３８】
図３（ｄ）では、犠牲膜２７の表面にレジスト膜２８を形成して、レジスト膜２８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２８に回路パターンを形成する。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、図３（ｅ）に示した、ビアホール２４ａの上部がより幅の広いトレンチ２４ｂが形成される。最後に、図３（ｆ）に示したように、レジスト膜２８と犠牲膜２７をアッシングにより除去することによって、ビアホール２４ａとトレンチ２４ｂを備えた溝配線要素がＬｏｗ−ｋ膜２４に形成される。
【００３９】
かかる工程では、図４（ａ）に示したように、ビアホール２４ａ及びトレンチ２４ｂのエッチング処理により、トレンチ２４ｂおよびビア２４ａの側壁、底壁にエッチング残渣５０ａが付着し、残存する。また、レジスト膜２７のアッシング処理によっても、トレンチ２４ｂおよびビア２０７ａの側壁、および底壁にアッシング残渣５０ｂが付着し、残存する。さらに、パターン形成中にＣｕ配線層２２から飛び散った銅Ｃｕ５０ｃがビア底に付着する。エッチング残渣、アッシング残渣及びＣｕ配線層２２から飛び散った銅Ｃｕ５０ｃはすべて、パターン表面の残渣である。
【００４０】
本実施形態に係る洗浄方法によれば、これらの残渣をきれいに取り除くことができる。以下、本実施形態に係る洗浄方法について図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４１】
（前工程）
図４（ａ）に示したように、前工程では、エッチング処理により所定のパターンが形成されたウエハＷを所望のクリーニングガスにより洗浄する。クリーニングガスとしては、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせ又はこれらの組合せを使用することができる。このように反応性の高いＮＨ４ＯＨ等の洗浄薬液（ＮＨ４ＯＨ・・・）等を気相状にしてパターンを洗浄する。
【００４２】
ガスノズル１１０は、パターンに形成されたホール（２４ａ，２４ｂ）に向けられている。この状態で、ガスノズル１１０からクリーニングガスを放出すると、ガスは、処理容器内でクラスタ化する。ガスクラスタは、直進性、指向性を有するため、トレンチ２４ｂ及びビア２４ａの側壁だけでなくビア底Ｂまで侵入し、エッチング残渣、アッシング残渣、ビア底Ｂの銅と化学的に反応する。
【００４３】
本工程においては、反応性の高いクリーニングガスをクラスタ化しているため、パターンの底Ｂまでガスを到達させることができ、化学反応も促進される一方、Ｌｏｗ−ｋ膜２０、２４のダメージが少ない処理を実現できる。
【００４４】
（連続工程：酸化工程）
前工程後、酸化工程と還元工程とを含む連続工程が実施される。すなわち、酸化工程と還元工程との間にウエハＷの搬送工程は存在せず、同一処理室内で両工程が実行される。
【００４５】
酸化工程では、図４（ｂ）に示したように、酸化性ガスであるＯ２ガスによりパターン表面のエッチング残渣、アッシング残渣及びビア底Ｂの銅を酸化させる。
【００４６】
本工程においても酸化性ガスがクラスタ化しているため、パターンの底Ｂまでガスを到達させることができ、酸化反応も促進される一方、Ｌｏｗ−ｋ膜２０、２４のダメージが少ない処理を実現できる。
【００４７】
（連続工程：還元工程）
還元工程は、図４（ｃ）に示したように、酸化工程にて酸化された残渣２４ａ，２４ｂ、５０ｃを還元性ガスであるＨＣＯＯＨにより還元させる。本工程では、還元性ガスにより酸化銅を還元反応させることによりぎ酸銅を生成する。ぎ酸銅は揮発性であるから、処理容器１００から排気される。これにより、Ｃｕ配線層２２から飛び散った銅Ｃｕ５０ｃを除去することができる。同様に、エッチング残渣、アッシング残渣の酸化物も還元反応により揮発性物質にして除去する。
【００４８】
本工程においても還元性ガスをクラスタ化しているため、パターンの底Ｂまでガスを到達させることができ、還元反応も促進される一方、Ｌｏｗ−ｋ膜のダメージが少ない処理を実現できる。
【００４９】
さらに、かかる構成によれば、連続工程では、クラスタ化されたクリーニングガスによる洗浄工程（前工程）後、酸化工程と還元工程とを連続して実行する。これによれば、ガスノズル１１０を用いた非プラズマ方式により、酸化工程と還元工程とを同一処理室内で簡単に連続処理でき、洗浄時間を短縮し、スループットを高めることができる。
【００５０】
以上に説明したように、本実施形態に係る洗浄方法によれば、洗浄薬液の液相を使用する替わりに気相のガスクラスタＣｇを用いる。これにより、液相の薬液を用いる際に生じていたパターン倒れを回避することができる。また、運動エネルギーが高く、かつ直進性及び指向性の高いガスクラスタを用いることにより、細く深いパターン底Ｂを的確かつ迅速に洗浄することができる。さらに、ガスクラスタＣｇの結合は弱いため、衝突時、Ｌｏｗ−ｋ膜２０、２４のダメージを少なくすることができる。
【００５１】
（変形例）
最後に、変形例に係る洗浄方法について説明する。図５は、ガスノズル１１０の出口１１０ａから衝撃波までの距離を示した図である。ＩＳＳＮ０４５２−２９８２航空宇宙技術研究所資料（ＴＭ−７４１）“ＬＩＦ法による自由噴流の可視化と構造解析”（津田尚一 １９９７年７月航空宇宙研究所）によれば、ガスノズル１１０の出口１１０ａから衝撃波ＭＤ（Ｍａｃｈ Ｄｉｓｃ）が現れる位置までの距離Ｘｍ、ガスノズル１１０の喉部である出口１１０ａの内径Ｄ０、ガスノズルの内部圧力Ｐｓ、ガスが導入される処理容器１００の内部圧力Ｐ０には下記式１の関係がある。
【数１】
【００５２】
このとき、ガスノズル１１０の出口１１０ａからウエハＷまでの距離ｄは、式１にて定義されるガスノズル１１０の出口１１０ａからのガス流により衝撃波ＭＤが発生する位置までの距離Ｘｍより長く設定されることが好ましい。
【００５３】
本変形例の場合にも、上記各工程に用いられるガスは、ガスノズル１１０とウエハＷとの間でクラスタ化し、発生した衝撃波ＭＤのエネルギーを用いてさらに強くウエハＷに衝突する。これにより、より化学反応を促進し、膜にダメージを与えることなくホールを洗浄することができる。特に、ビア底Ｂに付着した酸化銅までもきれいに洗浄することができる。
【００５４】
上記実施形態に係る基板の洗浄方法において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、基板の洗浄方法の実施形態を、基板を洗浄する半導体製造装置の実施形態とすることができる。
【００５５】
これにより、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、前記ガスノズルから所望のクリーニングガスを前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによってエッチング処理後の所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置の実施形態が実現可能となる。
【００５６】
また、本実施形態に係る酸化工程と還元工程とは連続工程でなくてもよい。この場合には、真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせからなるクリーニングガスを、前記ガスノズルから前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置の実施形態が実現可能となる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、基板の洗浄方法は、デュアルダマシン構造のビア底などのパターンの洗浄に用いたが、これに限定されず、基板上に形成されたパターンの洗浄に用いることができる。たとえば、リソグラフィー技術を用いて転写、露光、現像により基板上に所望のパターンを形成する場合の露光後のレジスト等の洗浄に用いることも可能である。
【００５９】
本発明に係る基板は、半導体ウエハであってもよく、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）であってもよい。
【００６０】
本発明に係るクラスタ装置は、イオン化器及び加速器を内蔵していてもよい。この場合、クラスタ化されたガスは、ガスノズルから供給され、イオン化器によりイオン化された後、加速器により加速され、保持部材１５５に保持されたウエハＷの表面に対して垂直に供給される。この機構は、ＧＣＩＢ（Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）と呼ばれている。
【符号の説明】
【００６１】
１０ クラスタ装置
２０、２４ Ｌｏｗ−ｋ膜
２１ バリアメタル
２２ Ｃｕ配線層
２４ａ ビアホール
２４ｂ トレンチ
１００ 処理容器
１００ａ ガス供給室
１００ｂ 処理室
１１０ ガスノズル
１１０ａ ガスノズルの出口
１２０ 遮断器
１２５ ガス供給源
１５５ 保持部材
Ｃｇ ガスクラスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空状態に保持された処理容器内にて、基板上の膜に所定のパターンが形成された基板を洗浄する方法であって、
エッチング処理により所定のパターンが形成された基板上の膜を所望のクリーニングガスにより洗浄する前工程と、
前工程後、酸化性ガスにより前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程とを含み、
前記前工程及び前記連続工程に用いられるガスは、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルから前記処理容器内に放出されることによりクラスタ化することを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記クリーニングガスは、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項３】
前記ガスノズルと前記基板との距離ｄは、式１にて定義される前記ガスノズルの出口から衝撃波が発生する位置までの距離Ｘｍより長く設定され、
前記各工程に用いられるガスは、前記ガスノズルと前記基板との間でクラスタ化し、前記発生した衝撃波を用いて基板に衝突させることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の洗浄方法。
【数１】
ただし、Ｄ０はガスノズルの出口の内径、Ｐｓはガスノズルの内部圧力、Ｐ０は処理容器の内部圧力である。
【請求項４】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．４ＭＰａ以上であり、
前記処理容器の内部圧力Ｐ０は、１．５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板の洗浄方法。
【請求項５】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．９ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板の洗浄方法。
【請求項６】
前記基板の洗浄方法は、基板に配線を形成する際のパターンの洗浄、又は露光後のレジストの洗浄に用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板の洗浄方法。
【請求項７】
真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、
前記ガスノズルから所望のクリーニングガスを前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、
前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、
ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせからなるクリーニングガスを、前記ガスノズルから前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、
前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、
前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１】
真空状態に保持された処理容器内にて、基板上の膜に所定のパターンが形成された基板を洗浄する方法であって、
エッチング処理により所定のパターンが形成された基板上の膜を所望のクリーニングガスにより洗浄する前工程と、
前工程後、酸化性ガスにより前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する連続工程とを含み、
前記前工程及び前記連続工程に用いられるガスは、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルから前記処理容器内に放出されることによりクラスタ化することを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記クリーニングガスは、ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項３】
前記ガスノズルと前記基板との距離ｄは、式１にて定義される前記ガスノズルの出口から衝撃波が発生する位置までの距離Ｘｍより長く設定され、
前記各工程に用いられるガスは、前記ガスノズルと前記基板との間でクラスタ化し、前記発生した衝撃波を用いて基板に衝突させることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の洗浄方法。
【数１】
ただし、Ｄ０はガスノズルの出口の内径、Ｐｓはガスノズルの内部圧力、Ｐ０は処理容器の内部圧力である。
【請求項４】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．４ＭＰａ以上であり、
前記処理容器の内部圧力Ｐ０は、１．５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板の洗浄方法。
【請求項５】
前記ガスノズルの内部圧力ＰＳは、０．９ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板の洗浄方法。
【請求項６】
前記基板の洗浄方法は、基板に配線を形成する際のパターンの洗浄、又は露光後のレジストの洗浄に用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板の洗浄方法。
【請求項７】
真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、
前記ガスノズルから所望のクリーニングガスを前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、
前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を連続して実行する工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
真空状態に保持された処理容器内にて所定のパターンが形成された基板上の膜を洗浄する半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、内部圧力ＰＳが前記処理容器の内部圧力Ｐ０より高圧に保持されたガスノズルを備え、
ＮＨ４ＯＨ，Ｈ２Ｏ２，ＨＣＬ，Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ，ＮＨ４Ｆの少なくともいずれか、又はこれらの組み合わせからなるクリーニングガスを、前記ガスノズルから前記処理容器内に放出することにより該クリーニングガスをクラスタ化し、クラスタ化されたクリーニングガスによって基板上の膜を洗浄する前工程と、
前工程後、前記ガスノズルから所望の酸化性ガスを前記処理容器内に放出することにより該酸化性ガスをクラスタ化し、クラスタ化された酸化性ガスによって前記パターン表面の残渣を酸化させる酸化工程と、
前記酸化された残渣を還元性ガスにより還元させる還元工程と、を含む複数工程を実行することを特徴とする半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１８７７０３（Ｐ２０１１−１８７７０３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１７３５（Ｐ２０１０−５１７３５）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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