低誘電体膜の修復方法
【解決手段】低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置、システム、および、方法が開示されており、それらは、炭化水素基を有し、炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成された修復剤を特定することと、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料が、低誘電率材料を実質的に修復する修復剤メニスカスに十分に曝露されるように、特定された修復剤メニスカスを低誘電体膜層に適用することと、を含む。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体基板処理に関するものであり、特に、加工作業中に損傷した半導体基板の低誘電体膜層を修復するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）のフィーチャ（形状特徴）は、この数十年の間に、サイズが縮小し続けており、ＩＣチップの性能の驚異的な改善をもたらしてきた。これにより、チップデバイスの速度および密度が増大した。ＩＣの電気信号速度は、個々のトランジスタの切替時間（トランジスタゲート遅延）およびトランジスタ間の信号伝搬時間（抵抗−容量遅延すなわちＲＣ遅延）に依存する。フィーチャのサイズの縮小および密度の増加に伴って、ＲＣ遅延が、ＩＣ内での電気信号速度、ひいては、チップ性能に対して、より顕著な影響を及ぼすようになった。ＲＣ遅延は、抵抗を下げるために相互接続配線に導電性の高い金属を利用すること、および／または、静電容量を下げるために層間の誘電体層に低誘電率材料を利用すること、によって対処することができる。ＲＣ遅延の低減だけでなく、低誘電率材料は、電力消費の低減を可能にし、相互接続フィーチャの間の容量結合（クロストークとして知られる）を低減する。
【０００３】
誘電率が２．５から４．０の間の誘電率を有するいくつかの低誘電率材料が利用可能である。低誘電率材料の誘電率は、炭素を低誘電率材料にドープすることによって、および／または、空孔の導入によって、さらに低減できる。しかしながら、空孔の導入は、特に、機械的強度、熱安定性、および、様々な基板層への接着性などの材料特性に影響することから新たな問題を生じる。これらの材料特性は、材料が、特に、化学機械研磨システム（ＣＭＰ）など、さらなる基板処理の厳しさに耐えることができるか否かを左右する。
【０００４】
時に材料特性が損なわれるために、フィーチャを分離する超低誘電率材料は、エッチング、剥離など、基板上にフィーチャを形成する際に用いられる様々な加工動作によって物理的および化学的に損傷されうる。例えば、剥離動作の際に、フィーチャの近くに形成された炭素系フォトレジスト層を剥離するために用いられる剥離プラズマが、低誘電率材料から炭素を欠乏させることによって、剥離プラズマに曝露される低誘電率材料を損傷しうる。低誘電率材料における炭素の欠乏は、低誘電体膜層の誘電率の増大を引き起こし、ＲＣ遅延の原因になる。
【０００５】
以上から、基板上に形成されたフィーチャが保存されるように、あらゆる炭素欠乏した低誘電率材料を効果的に修復し、誘電体膜層の超低誘電率を回復させることが求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上述の要求を満たすために、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための改良方法および装置を提供する。本発明は、装置および方法を含む種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【０００７】
一実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法が開示されている。この方法は、炭化水素基を有し、炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成された液剤を特定し、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料が、低誘電率材料を実質的に修復する液剤メニスカスに十分に曝露されるように、特定された液剤メニスカスを低誘電体膜層に適用することを含む。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。
【０００８】
別の実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置が開示されている。この装置は、基板を受けて支持するための基板支持装置と、基板の表面と近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用するよう構成された近接ヘッドとを備える。ガス剤メニスカスは、基板の表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められる。ガス剤メニスカスの適用は、ガス剤メニスカスに対する基板の表面の等方的な曝露をもたらし、ガス剤メニスカスに曝露された炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復する。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置が開示されている。この装置は、基板を支持するよう構成された基板支持装置と、基板の表面と近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用するよう構成された近接ヘッドとを備える。ガス剤は、炭化水素基を含み、基板の表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められる。ガス剤メニスカスの適用は、ガス剤に対する基板の表面の等方的な曝露をもたらし、ガス剤に曝露された炭素欠乏した低誘電率材料は実質的に修復される。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。基板支持装置は、基板の表面と近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを実質的に維持するために、近接ヘッドの下で基板を移動させることが可能である。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置が開示されている。この装置は、基板支持装置とブラシ装置とを備える。基板支持装置は、その上に配置された基板を支持するよう構成されており、ブラシ装置は、液剤を受けて基板の表面に供給するよう構成されている。液剤は、炭化水素基を含む。ブラシを通した液剤の供給は、液剤に対する基板の表面の均一な曝露をもたらし、液剤に曝露された炭素欠乏した低誘電率材料は実質的に修復される。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。基板支持装置およびブラシ装置は、基板の表面に曝露された実質的な量の液剤が低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を修復できるように、基板およびブラシを互いに相対的に移動させるよう構成されている。
【００１１】
本発明のその他の態様および利点については、本発明を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を示す概略図。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態において、フォトレジスト動作中に、形成されたフィーチャの周りの領域に形成された炭素系フォトレジスト層を示す概略図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態において、近接ヘッドを用いてガス剤を供給する装置を示す断面図。
【図２Ｂ】図２Ａに示した高濃度ガス供給領域の拡大図。
【図２Ｃ】ガス剤／液剤を供給するための一対の傾斜ノズルを有する装置の一実施形態を示す図。
【図２Ｄ】垂直ノズルを用いる近接ヘッドを備えた図２Ｃの装置の別の実施形態を示す図。
【図２Ｅ】少なくとも１つの傾斜ノズルと１つの垂直ノズルとを有する近接ヘッドを備えた図２Ｃおよび図２Ｄの装置の別の実施形態を示す図。
【図３Ａ】低誘電体膜層の組成構造を単純化して示す図。
【図３Ｂ】炭素欠乏した低誘電率材料の組成構造を単純化して示す図。
【図３Ｃ】炭素欠乏した低誘電率材料の組成構造を単純化して示す図。
【図３Ｄ】メチル基を含む低誘電体膜層の組成構造を単純化して示す図。
【図４Ａ】本発明の一実施形態において、２つの近接ヘッドを用いて、制御剤を基板に供給する様子を示す断面図。
【図４Ｂ】図４Ａに示した装置の別の実施形態を示す図。
【図４Ｃ】図４Ａおよび４Ｂに示した装置の別の実施形態を示す図。
【図５】本発明の一実施形態において、近接ヘッドを用いて制御剤を供給するシステムを示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態において、炭素欠乏した低誘電体膜層を修復する処理に含まれる動作のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、基板の低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料の修復を改善および効率化するためのいくつかの実施形態について説明する。しかしながら、本発明が、これらの詳細の一部または全てがなくとも実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。
【００１４】
低誘電体層の低い誘電率は、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を修復することによって回復できる。フィーチャサイズの縮小およびフィーチャ密度の増大という最近の技術的進歩の傾向によって、低誘電体膜層から炭素欠乏した低誘電率材料を除去することが課題となっている。炭素欠乏した低誘電率材料を除去するいくつかの方法は、炭素欠乏した低誘電率材料の近くに形成されたフィーチャへの損傷、下層の銅配線への損傷、または、低誘電体膜層へのより大きな損傷をもたらし、それにより、フィーチャを動作不能にする。しかし、炭素リッチな化学剤で炭素欠乏した低誘電率材料を慎重に処理することによって、低誘電率材料を大幅に修復し、修復された低誘電率材料が低誘電体膜層の特性とかなり同等の性質を示すように、修復された低誘電率材料の低誘電体特性を回復させることができる。
【００１５】
低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を慎重に処理することで、基板上に形成されるフィーチャ、ひいては、半導体製品（マイクロチップなど）の品質を保持することが可能になる。本発明の一実施形態において、低誘電体膜層に形成される炭素欠乏した低誘電率材料は、ガス剤を供給することによって修復される。ガス剤は、炭化水素基を含むと共に、炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成されるよう選択される。ガス剤は、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料が、ガス剤メニスカスに対して十分に曝露されることで、低誘電率材料が実質的に修復されるように、近接ヘッドを通してガス剤メニスカスとして低誘電体膜層に適用される。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。ガス剤を制御下で供給し曝露させることによって、ガス剤メニスカスからの炭素を、炭素欠乏した低誘電率材料に誘導して、低誘電率材料を実質的に修復することが可能になる。修復された低誘電率材料は、実質的に、低誘電体膜層の低誘電率特性を示す。
【００１６】
図１Ａは、低誘電体膜層領域の炭素欠乏した低誘電率材料部分を示す概略図である。図に示すように、低誘電体膜層１１０が、基板１００上に形成されている。低誘電体膜層１１０は、スピンコーティング、ディップコーティングのいずれか、もしくは、化学蒸着技術によって形成される。低誘電体膜層の形成に用いられる材料は、ＳｉＣＯＨ、多孔質ＳｉＣＯＨなどの内の１つであってよい。低誘電率材料は、炭素をドープされており、さらに誘電率を低くするために、複数のサブミクロン空孔が、低誘電率材料内に導入される。空孔は、周知の技術を用いて導入されてよいため、本明細書では詳細に説明しない。低誘電体膜層１１０は、基板表面の上、エッチング停止層などの事前に加工された層の上、または、複数の加工される層の間に、直接形成されてよい。低誘電体膜層１１０は、低誘電体膜層１１０内に形成された１または複数のフィーチャ、または、基板１００上に形成されたトランジスタに接続する銅配線などの下層のフィーチャに対して、絶縁を提供する。低誘電体膜層を用いて基板上に形成されたフィーチャを隔離することは、フィーチャ間の結合容量を低減して回線遅延を低減する助けとなる。したがって、低誘電体膜層１１０の機能と、フィーチャ１３０および構造の機能とを保持するように、低誘電体膜層の特性を保持することが重要である。
【００１７】
加工処理中に、さらなるフィーチャまたは構造を形成するために、１または複数の加工層が、低誘電体膜層１１０上に形成される。図１Ｂに示すように、フィーチャ１３０が、低誘電体膜層１１０を貫通して形成される。低誘電体膜層１１０およびフィーチャ１３０の上には、炭素系フォトレジスト層１２０が形成される。フォトレジスト層の蒸着に続くエッチング動作の際に、フィーチャ１３０またはその付近にある炭素系フォトレジスト層の一部を剥離するために用いられるエッチングプラズマが、エッチングプラズマに曝露された低誘電体膜層１１０に損傷を与える場合がある。この損傷は、低誘電体膜層１１０の材料特性がサブミクロン空孔の存在によって損なわれることに起因しうる。結果として、低誘電体膜層１１０にドープされた炭素は、エッチングプラズマに曝露された低誘電体膜層１１０の部分から容易に欠乏しうる。一実施形態において、基板１００上に形成されたフィーチャおよび構造の機能性を保持するために、損傷された低誘電率材料１１５の修復が実行される。図１Ｂは、一実施形態を示しており、そこでは、エッチング動作が低誘電体膜層１１０から炭素を欠乏させているが、他の加工動作が、低誘電体膜層１１０に対する同様の損傷を引き起こす場合もある。炭素欠乏した低誘電率材料１１５は、損傷された部分では、低誘電体膜層１１０の残りの部分よりも高い誘電率を示し、その結果、回線遅延の原因となる。回線遅延は、ＲＣ遅延としても知られており、相互接続に用いられる材料の抵抗および／または中間誘電体層の容量によって引き起こされうるトランジスタ間の信号伝搬の遅延として定義される。この実施形態において、低誘電体膜層１１０の化学組成は、ＳｉxＯyＣzＨwの形態を取り、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の組成は、炭素の欠乏によってＳｉxＯyＨwの組成に似たものとなる。
【００１８】
図２Ａは、本発明の一実施形態において、炭素欠乏した（損傷した）低誘電率材料１１５を修復するためのガス剤メニスカス２１０の適用（形成）に用いられる装置を示す概略図である。図に示すように、基板１００が、キャリア２１５に取り付けられる。キャリア２１５は、基板を所定の位置に受けて保持すると共に、基板１００における異なる部分がガス剤メニスカス２１０に曝露されるように、基板１００を移動軸に沿って移動させるよう構成される。キャリア２１５は、基板１００をキャリア２１５内に平面に沿って受けて保持するためにピンを備えている。一実施形態では、図２Ｂに示すように、モータが、移動軸に沿って基板を運ぶキャリア２１５を移動させる。本装置は、基板１００の表面と、それに対向する近接ヘッド２００の表面との間に、ガス剤メニスカス２１０を適用するよう構成された近接ヘッド２００をさらに備える。「メニスカス」という用語は、「ガス剤メニスカス」の文脈においては、基板１００の表面とそれに対向する近接ヘッド２００の表面との間に適用された「ガス」の体積を指す。ガス剤メニスカスは、実質的にガスであるが、蒸気の状態の液体を含んでもよい。流体メニスカスと比較して、ガス剤メニスカスのガスは、流体の界面活性を示さなくてもよい。したがって、ガス剤メニスカスの閉じ込めは、比較的、適用点に局所的なものとなり、より自由に流動しうる。結果として、適用されたガス剤メニスカスは、閉じ込め領域内に完全に閉じ込められることはできないが、一実施形態にでは、その局所的な適用によって、（近接ヘッドの）１または複数のノズルから流れるガスに曝露される領域に対して高濃度のガスが供給される。図２Ｂに示すように、ガス剤メニスカスは、高濃度ガス供給領域２５０を提供する。一部の例では、ガス剤の一部が、ガス供給領域２５０を回避しうるが、ガス流は、所望の処理レベルを満たすために、ガス供給領域２５０における化学剤の濃度レベルを維持するよう構成可能である。
【００１９】
本明細書に記載のように、近接ヘッド２００は、基板１００の表面に近接して配置された時に、処理対象の基板１００の表面に正確な体積の化学剤を供給すると共に表面から化学剤を除去することができる基板処理装置である。一例では、近接ヘッド２００は、対向するヘッド表面（対向面）を有し、その対向面は、基板１００の表面と実質的に平行に配置される。対向面と基板１００の表面との間に、メニスカスが形成される。近接ヘッド２００は、複数の化学剤を供給するよう構成されてもよく、供給された複数の化学剤を除去するための真空ポート２３５を備えるよう構成される。
【００２０】
メニスカスへの化学剤の供給および除去を制御することよって、基板１００の表面上で、メニスカスを制御しつつ移動させることができる。処理中に、一部の実施形態においては、近接ヘッド２００が静止した状態で、基板１００を移動させてもよいし、他の実施形態においては、基板１００が静止した状態で、近接ヘッド２００を移動させてもよい。さらに補足すると、処理は任意の方向で実行可能であり、例えば、水平でない表面（例えば、垂直基板または斜めに保持された基板）にメニスカスを適用することも可能であることを理解されたい。
【００２１】
近接ヘッドに関する詳細については、２００３年９月９日発行の米国特許第６，６１６，７７２号「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｗａｆｅｒ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ」に記載されたような近接ヘッドの一例を参照できる。この米国特許出願は、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。
【００２２】
近接蒸気洗浄・乾燥システムに関する詳細については、２００２年１２月３日発行の米国特許第６，４８８，０４０号「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｈｅａｄｓ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｒｙｉｎｇ」に記載されたシステムの一例を参照できる。この米国特許は、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。
【００２３】
図２Ａは、基板１００の表面にガス剤メニスカス２１０を適用するための単一の近接ヘッド２００を示しているが、炭素欠乏した低誘電率材料を効果的に修復するために、２以上の近接ヘッドが、基板１００の片面または両面にガス剤メニスカス２１０を適用するために用いられてよい。
【００２４】
ガス剤メニスカス２１０は、基板１００の表面の少なくとも一部がガス剤メニスカス２１０に曝露されるように、近接ヘッドの１または複数のノズルを通して適用される。ガス剤メニスカス２１０の曝露は、本質的に等方的であり、ガス剤メニスカス２１０に曝露された炭素欠乏した低誘電率材料が実質的に修復されるように、基板１００の表面の一部に対するガス剤メニスカス２１０の均一な適用を可能にする。
【００２５】
図２Ｃに示した一実施形態において、近接ヘッド２００が備えるノズル２３０ａの内の少なくとも１つは、基板１００の表面に対して垂直および平行の間の角度でガス剤メニスカス２１０が適用されるように配置される。ガス剤メニスカス２１０は、基板１００の表面に実質的に平行に流れ、損傷された低誘電率材料１１５へ効果を与えるように適用される。ガス剤メニスカス２１０の流れは、基板１００の表面と近接ヘッド２００の対向するヘッドとの間のギャップ２４０によって制御されてよい。一実施形態において、ギャップ２４０は、約０．１ｍｍから約５ｍｍの間に設定されてよく、約０．３ｍｍから約１．５ｍｍの間であることがより好ましい。さらに、ノズルの角度調整により、基板１００の流れすなわち動きに対して基板１００の一部分の範囲内に、ガス剤メニスカス２１０を適用して閉じ込めることができる。
【００２６】
一実施形態において、近接ヘッド２００の中央に向かってガスを方向付けることにより、近接ヘッド２００の下から流れ出さずに、ガス流が近接ヘッド２００の下に留まるよう促してよい。この実施形態において、角度θは、０°（基板１００の表面に対して垂直）から９０°（基板１００の表面に平行）の間であることが好ましい。より具体的な実施形態において、θは、（近接ヘッドの中央に向かって）約２０°から４５°の間に選択される。図に示したθの角度を有するノズルと対向して配置されるノズルに対しても、同様に角度が選択される。
【００２７】
図２Ｄに示す別の実施形態において、近接ヘッド２００のノズル２３０ｂの内の少なくとも１つは、基板１００の表面に対して実質的に垂直にガス剤メニスカス２１０が適用されるように、基板１００の表面に対して垂直に配置される。ガス剤メニスカス２１０の流量は、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の効果的な修復を促進するよう基板１００の表面上に適切な効果を提供するために、基板１００の表面と近接ヘッド２００の対向面との間のギャップ２４０に基づいて調整されてよい。
【００２８】
図２Ｅに示す本発明の別の実施形態において、近接ヘッド２００は、基板１００の表面に対して垂直と水平との間の角度に配置された少なくとも１つのノズル２３０ａと、基板１００の表面に実質的に垂直である少なくとも１つのノズル２３０ｂとを備える。基板１００の表面に対するガス剤メニスカス２１０の等方的な曝露を提供するために、ノズルに関して他の角度および位置を用いてもよい。
【００２９】
１または複数のノズルに加えて、近接ヘッド２００は、ガス剤メニスカス２１０内に新しいガス剤が十分に補充されるように、ガス剤メニスカス２１０の流量を操作するための制御部を備える。それにより、基板１００の表面は、適切な量及び質のガス剤メニスカス２１０に曝露され、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の効果的な修復がなされる。
【００３０】
図３Ａは、フィーチャ、構造、および、他の層の絶縁に用いられる低誘電体膜層１１０を示す単純化したＳｉxＯyＣzＨw鎖状構造が、エッチング／剥離動作などの１または複数の加工動作で用いられる化学剤によって炭素の欠乏を受ける前の状態を示す図である。この実施形態において、図に示すように、メチル基は、構造内の各ケイ素と直接結合している。図３Ｂは、本発明の一実施形態において、加工動作後、低誘電体膜層１１０内で炭素欠乏によって損傷された低誘電率材料の組成を示している。この実施形態に見られるように、損傷された低誘電率材料１１５の組成は、ＳｉxＯyＣz-mＨw-nの形態であり、１または複数の加工化学剤に曝露された低誘電体膜層１１０から炭素を含有するメチル基が欠乏したことを示している。加工動作における１または複数の加工化学剤の反応によって、低誘電体膜層１１０のケイ素−メチル基の結合が切断され、メチル基は、エッチングプラズマまたは加工化学剤によって取り除かれる。ヒドロキシル基が、ケイ素と結合することで、メチル基と置き換わる。炭素欠乏した低誘電率材料１１５は、低誘電体膜層１１０の他の部分よりも、高い誘電率と低い親水性を示す。
【００３１】
ガス剤メニスカス２１０内のガス剤は、炭素欠乏した低誘電率材料１１５に炭素を供給できる炭化水素基を少なくとも含むように選択される。一実施形態において、ガス剤の炭化水素基は、メチル基である。炭素欠乏した低誘電率材料の修復は、例えば、図３Ｂに示した炭素欠乏した低誘電率材料１１５内で、メチル基などの炭化水素基を含むガス剤が、ヒドロキシル基の酸素−水素結合と相互作用した時に実現される。図３Ｃに示す一実施形態において、損傷された低誘電率材料１１５のヒドロキシル基の水素イオンは、ガス剤のメチル含有基によって置換される。この実施形態では、トリメチルシリカン基が、損傷された低誘電率材料１１５の炭素を補充するために用いられる。トリメチルシリカン基のケイ素イオンは、ヒドロキシル基の水素イオンと置換して、ヒドロキシル基の酸素イオンと結合を形成する。結果として生じる低誘電率材料１１５の構造が、図３Ｄに示されており、ヒドロキシル基の水素イオンは、ガス剤のトリメチルシリカン基によって置換されている。
【００３２】
近接ヘッド２００の制御部は、炭素欠乏した低誘電率材料１１５において炭素の導入が実現されるよう、ガス剤の流量を調節するために用いられてよい。低誘電率材料１１５における炭素の導入は、低誘電率材料の誘電率を下げることに寄与することで、損傷された低誘電率材料において、低誘電体膜層１１０の特性と実質的に同等な低誘電率特性を回復させる。
【００３３】
図３Ｂに示した実施形態では、ガス剤はヒドロキシル結合と反応しているが、ガス剤は、他のタイプの結合と反応して、その結合における適切なイオンの１つをメチル基または他の炭化水素基からの炭素で置換してもよく、それにより、損傷された低誘電率材料１１５の低誘電率特性は、低誘電体膜層１１０と実質的に同等のレベルまで回復される。さらに、ガス剤は、トリメチルシリカン基を含むよう限定されず、炭素欠乏した低誘電率材料１１５に炭素を導入して、損傷された低誘電率材料１１５を実質的に修復し、損傷された低誘電率材料１１５に低誘電率特性を回復させることができる他の炭素またはメチル含有炭化水素基を含んでもよい。
【００３４】
ガス剤の供給は、独立した処理動作であってもよいし、洗浄または蒸着前準備動作など、他の動作と組み合わされてもよい。本発明の一実施形態において、ガス剤は、洗浄剤と交互に用いられ、それら２つは、単一の近接ヘッドを用いて洗浄動作中に交互に供給される。
【００３５】
図４に示す本発明の別の実施形態において、装置は、２つの近接ヘッド４０５および４１０を備える。この実施形態では、炭素欠乏した低誘電率材料（損傷された低誘電率材料）１１５の修復は、洗浄動作と統合されており、洗浄剤が、第１の近接ヘッド４０５を通して基板１００の表面に供給されると同時に、ガス剤メニスカス２１０が、第２の近接ヘッド４１０を用いて、損傷された低誘電率材料１１５に適用される。ガス剤と洗浄剤は、真空ポート２３５によって基板の表面から除去される。ガス剤メニスカス２１０の同時適用は、洗浄動作に限定されない。ガス剤メニスカス２１０は、蒸着前準備など、他の加工動作中に同時に、損傷された低誘電率材料１１５に適用されてもよい。
【００３６】
図４Ａを参照して説明した装置の別の実施形態を、図４Ｂに示す。この実施形態において、２つの近接ヘッド４０５および４１０は、高濃度ガス供給領域２５０へガス剤２１０を集中的に供給できるように構成される。基板１００の表面にガス剤を高度に集中させて供給することを可能にするために、近接ヘッドは、図４Ｂに示すように、ガス剤の供給先となるポケットを形成するように延長されている。近接ヘッド表面の延長は、効果的な洗浄のために、より集中的にガス剤を基板の表面に供給することができるように、ガス剤の漏れを実質的に防ぐ部分的な壁を提供する。
【００３７】
図４Ｃは、図４Ａおよび４Ｂに示した装置の別の実施形態を示している。この実施形態では、近接ヘッド４０５が、基板の表面に修復剤を供給するために用いられる。この実施形態では、脱イオン水（または他の流体）のメニスカスが、ガスメニスカス１５０の両側に適用され、適用された水メニスカスが、障壁として機能し、ガス剤の漏れを実質的に防止する。供給されたガス剤は、損傷された低誘電率材料１１５の効果的な修復に役立つ。この実施形態では単一の近接ヘッドを用いているが、２以上の近接ヘッドを用いて、ガス剤メニスカスの両側に水メニスカスを適用してもよい。図４Ｃに示した本発明の一実施形態において、近接ヘッドは、図４Ｂを参照して説明したように、ポケットを提供するために延長されてもよい。この延長された近接ヘッドにより、ガス供給領域２５０における基板へのガス剤の供給をより集中させることで、損傷された低誘電率材料１１５の効果的な修復が可能になる。
【００３８】
図５は、本発明の一実施形態に従って、ガス剤メニスカスの適用に用いられる近接ヘッドを利用するクリーンルーム６００内のシステムの断面図であり、壁６０２および床６０４が示されている。クリーンルーム（クリーンシステム）６００内のシステムは、ハウジングチャンバ６１０を備えており、その中に複数の近接ヘッド６４５が配置される。ハウジングチャンバ６１０内に図示した近接ヘッド６４５は、ハウジングチャンバ６１０内で基板１００が移動する処理領域６１８の両側に配置された２つの近接ヘッド６４５を含む。近接ヘッドの数および位置は様々であってよい。図６は、処理領域６１８の両側に配置された２つの近接ヘッド、３つの近接ヘッド、および、５つの近接ヘッドなど、変形例の一部を示しており、炭素欠乏した低誘電率材料１０５を有する基板１００は、処理領域６１８を通って搬送される。基板１００は、基板搬入領域６１５を通してハウジングチャンバ６１０内に導入され、基板搬出領域６６０から取り出される。処理領域６１５に位置するキャリア６５０は、基板搬入領域６１５を通して基板を受けて、近接ヘッド６４５の間を通り抜けるようシステム６００を横切って基板１００を搬送し、基板搬出領域６６０において基板を受け渡すよう機能する。システム６００は、損傷を受けた低誘電率材料１１５の修復に用いられるガス剤を含む複数の化学剤を収容するための１組の容器６２５、６３０、６３５などをさらに備える。このシステムは、１または複数の近接ヘッドを用いて、ガス剤、洗浄剤、および、脱イオン水などを供給するために利用可能である。一実施形態において、システム６００は、１）基板１００を軽く洗浄するための脱イオン水、２）微量汚染物質を除去するための希フッ化水素酸、および、３）炭素欠乏した低誘電率材料１１５を修復するためのガス剤、を供給するために用いられる。本発明の別の実施形態では、システム６００は、１および３のみ、または、３のみを供給するために用いられてもよい。
【００３９】
ガス剤および洗浄剤は、修復すべき炭素欠乏した低誘電率材料１１５と、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の上下に形成された対応する薄膜層とに対してなされた分析に基づいて、供給制御機構６２０を用いて制御されつつ、基板１００の表面に供給される。ガス剤および洗浄剤を制御下で基板１００に供給できるように供給制御機構６２０内の制御部を調整するために、ソフトウエアを実行するコンピュータ６０５が、供給制御機構６２０と通信可能に接続されてよい。図に示したように、コンピュータ６０５は、クリーンルーム内に配置されているが、クリーンルームの外側の任意の場所に配置されて、ハウジングチャンバ６１０内の供給制御機構６２０と通信可能に接続される構成も可能である。
【００４０】
本発明の実施形態は、ガス剤の供給に限定されるものではない。本発明の別の実施形態では、液剤が、ガス剤の代わりに用いられてもよい。一実施形態において、液剤は、近接ヘッド２００を用いて、液剤メニスカス２１０’として適用される。本明細書で液剤と関連して用いられているように、「メニスカス」という用語は、近接ヘッド２００の対向面と基板１００の表面との間に、部分的には液剤の表面張力によって、境界を維持され閉じ込められた液剤の体積を意味する。このように形成されたメニスカスも制御可能であり、閉じ込められた形状で表面上を移動されることができ、基板１００の表面から汚染物質を除去するために用いられる。具体的な実施形態において、コンピュータシステムをさらに備えてよい正確な液剤供給・除去システムによって、メニスカスの形状を制御することができる。液剤は、ガス剤の炭化水素基と同様に作用する炭化水素基を含んでよい。本発明の一実施形態において、液剤の炭化水素基はメチル基であり、メチル基内の炭素は、低誘電率材料１１５内で欠乏した炭素を補充するために用いられ、低誘電率材料１１５の低誘電率特性を低誘電体膜層１１０と実質的に同等のレベルまで回復させる。
【００４１】
液体形態のメニスカスの形成に関する情報については、以下を参照できる：（１）２００３年９月９日発行の米国特許第６，６１６，７２２号「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｗａｆｅｒ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ」、（２）２００２年１２月２４日出願の米国特許出願第１０／３３０，８４３号「Ｍｅｎｉｓｃｕｓ， Ｖａｃｕｕｍ， ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ， Ｄｒｙｉｎｇ Ｍａｎｉｆｏｌｄ」、（３）２００５年１月２４日発行の米国特許第６，９８８，３２７号「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＵＳＩＮＧ Ａ ＤＹＮＡＭＩＣ ＬＩＱＵＩＤ ＭＥＮＩＳＣＵＳ」、（４）２００５年１月２４日発行の米国特許第６，９８８，３２６号「ＰＨＯＢＩＣ ＢＡＲＲＩＥＲ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＴＡＩＮＭＥＮＴ」、（５）２００２年１２月３日発行の米国特許第６，４８８，０４０号「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｈｅａｄｓ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｒｙｉｎｇ」、これらは、各々、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。上面および下面メニスカスに関するさらなる情報については、２００２年１２月２４日出願の米国特許出願第１０／３３０，８４３号「Ｍｅｎｉｓｃｕｓ， Ｖａｃｕｕｍ， ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ， Ｄｒｙｉｎｇ Ｍａｎｉｆｏｌｄ」に開示したような、メニスカスの一例を参照できる。この米国特許出願は、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。
【００４２】
さらに別の実施形態では、スピンアプリケータ（ＳＲＤと同等のもの）が、基板を受けて保持するために用いられてもよい。スピンアプリケータは、過剰な液剤を保持するための容器として機能するタンク内に組み込まれる。スピンアプリケータは、基板の様々な部分を液剤に曝露させるために、軸を中心に回転するよう構成される。さらに別の実施形態において、液剤は、回転する基板上で、近接ヘッドを用いて基板表面に供給されてもよい。したがって、基板の保持方法は、キャリアに限定されず、ガス剤または液剤での処理が実現される限りは、別の方法を用いてもよい。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、近接ヘッドの代わりにブラシ装置を用いてもよい。この実施形態においては、液剤が特定され、特定された液剤はブラシ内に導入される。液剤を含んだブラシは、炭素欠乏した低誘電率材料１１５が実質的に修復されるように、低誘電体膜層１１０の炭素欠乏した低誘電率材料１１５に適用される。炭素欠乏した低誘電率材料１１５が、液剤に実質的に曝露されて、炭素欠乏した低誘電率材料１１５が効果的に修復されるように、ブラシ装置内の制御部を用いて、液剤の流量およびその他のパラメータを制御してよい。
【００４４】
以下では、基板１００の低誘電体膜層１１０における炭素欠乏した低誘電率材料（損傷された材料）１１５を修復するための方法について、図６を参照しつつ詳細に説明する。その方法は、動作６７０に示すように、損傷された材料１１５を修復するために基板１００に供給される修復剤を特定する動作から始まる。先に述べたように、修復剤は、炭化水素基を含むガス剤または液剤のいずれかであってよい。本発明の一実施形態において、修復剤の炭化水素は、メチル基である。低誘電体膜層１１０の一部が、フィーチャ１３０、構造、または、層を加工する際に用いられるＣＭＰ、エッチング、フォトリソグラフィ、蒸着など、１または複数の加工動作によって損傷される場合がある。これらの動作で用いられる化学剤は、形成されたフィーチャ１３０の周辺の領域で低誘電体膜層１１０にドープされた炭素と反応して、低誘電体膜層１１０から炭素を欠乏させうる。フィーチャ１３０周辺の領域の炭素欠乏した低誘電体膜層１１０は、低誘電体膜層１１０の残り部分よりも誘電率が高くなり、結果として回線遅延を引き起こす。したがって、損傷された材料１１５は、誘電体膜層１１０の低誘電率特性を実質的に保持するために、修復される必要がある。
【００４５】
修復剤は、周辺のフィーチャ、構造、および、層を損傷することなく、損傷された材料１１５を選択的に修復できるよう選択される。損傷された材料１１５を選択的に修復するために用いられる修復剤は、ＣxＨyの形態の炭化水素基を含む。
【００４６】
動作６７５において、修復剤は、基板１００上の低誘電体膜層１１０に供給される。修復剤の供給は、近接ヘッド２００またはブラシ装置を通してなされてよく、近接ヘッド２００またはブラシ装置で利用可能な制御部を用いて制御されてよい。修復剤の供給の制御は、流量、温度、種類など、修復剤の１または複数のパラメータに依存してよい。修復剤の供給は、さらに、基板１００の表面と近接ヘッドの対向面との間のギャップ２４０、または、修復剤を修復剤メニスカス２１０として導入するための近接ヘッド２００の１または複数のノズルの角度、に依存してもよい。
【００４７】
動作６８０では、図３Ｃに示したように、修復剤が、損傷された低誘電率材料１１５と反応して、酸素−水素結合を酸素−炭素結合で置換する。修復剤の炭化水素基内の炭素は、損傷された低誘電率材料１１５内の酸素−水素結合と反応し、酸素−水素結合における水素を、酸素−炭素結合を形成する炭化水素基からの炭素で置換する。損傷された低誘電率材料１１５を修復剤に対して制御下で曝露させることによって、損傷された低誘電率材料１１５を実質的に修復して、基板上に形成されるフィーチャ、構造、および、層の機能を保存することができる。
【００４８】
損傷された低誘電率材料１１５の修復において望ましい結果を示した修復剤は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリメチルジシラザン（ＴＭＤＳ）などのメチル基含有炭化水素、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）、ジメチルジクロロシラン（ＤＭＤＣＳ）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ3）3）Ｓｉ−Ｃｌ）、ｎ−ポリトリメチルシラン（ｎ−ＰＴＭＳ）などのクロロシラン、これらの化学剤の組み合わせ、または、これらの化学剤を他の化学剤と混合した組み合わせ、を含む。望ましい結果を示した修復剤の流量は、約０．２標準リットル毎分（ｓｌｍ）から約２．５ｓｌｍの間であり、約１．０ｓｌｍから約１．５ｓｌｍの間であることがより好ましく、最適流量は約１．５ｓｌｍである。修復剤の他のパラメータは、温度、濃度、曝露時間などを含んでよい。修復剤の温度は、約２０℃から約９０℃の間であり、約４０℃から約８０℃であることがより好ましい。修復後に、随時、高温ベーキングを行ってよい。修復後のベーキングの温度は、約５０℃から約４５０℃の間であり、約２００℃から約４００℃の間であることがより好ましい。損傷された低誘電率材料１１５の修復において望ましい結果を示した修復剤の濃度は、脱イオン水に対する修復剤の割合が約５０％から約１００％の間であり、脱イオン水に対する修復剤の割合が約８０％から９９％の間であることがより好ましい。損傷された低誘電率材料の修復において望ましい結果を示した曝露時間は、約０．５秒から約３０秒の間であり、約１秒から約１０秒の間であることがより好ましい。
【００４９】
次いで、処理は動作６８５に移行し、集積回路チップ（ＩＣチップ）を規定するために、さらなる層およびフィーチャが、低誘電体膜層１１０上に形成されてよい。形成可能なさらなる層の一部は、メタライゼーション配線および低誘電体膜層などを規定するために、バリア層、銅フィルム蒸着層を含んでよい。処理は、ＩＣチップが基板上に形成されるまで、または、ある加工段階に到達するまで、繰り返されてよい。
【００５０】
理解を深めるために、本発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、この実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体基板処理に関するものであり、特に、加工作業中に損傷した半導体基板の低誘電体膜層を修復するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）のフィーチャ（形状特徴）は、この数十年の間に、サイズが縮小し続けており、ＩＣチップの性能の驚異的な改善をもたらしてきた。これにより、チップデバイスの速度および密度が増大した。ＩＣの電気信号速度は、個々のトランジスタの切替時間（トランジスタゲート遅延）およびトランジスタ間の信号伝搬時間（抵抗−容量遅延すなわちＲＣ遅延）に依存する。フィーチャのサイズの縮小および密度の増加に伴って、ＲＣ遅延が、ＩＣ内での電気信号速度、ひいては、チップ性能に対して、より顕著な影響を及ぼすようになった。ＲＣ遅延は、抵抗を下げるために相互接続配線に導電性の高い金属を利用すること、および／または、静電容量を下げるために層間の誘電体層に低誘電率材料を利用すること、によって対処することができる。ＲＣ遅延の低減だけでなく、低誘電率材料は、電力消費の低減を可能にし、相互接続フィーチャの間の容量結合（クロストークとして知られる）を低減する。
【０００３】
誘電率が２．５から４．０の間の誘電率を有するいくつかの低誘電率材料が利用可能である。低誘電率材料の誘電率は、炭素を低誘電率材料にドープすることによって、および／または、空孔の導入によって、さらに低減できる。しかしながら、空孔の導入は、特に、機械的強度、熱安定性、および、様々な基板層への接着性などの材料特性に影響することから新たな問題を生じる。これらの材料特性は、材料が、特に、化学機械研磨システム（ＣＭＰ）など、さらなる基板処理の厳しさに耐えることができるか否かを左右する。
【０００４】
時に材料特性が損なわれるために、フィーチャを分離する超低誘電率材料は、エッチング、剥離など、基板上にフィーチャを形成する際に用いられる様々な加工動作によって物理的および化学的に損傷されうる。例えば、剥離動作の際に、フィーチャの近くに形成された炭素系フォトレジスト層を剥離するために用いられる剥離プラズマが、低誘電率材料から炭素を欠乏させることによって、剥離プラズマに曝露される低誘電率材料を損傷しうる。低誘電率材料における炭素の欠乏は、低誘電体膜層の誘電率の増大を引き起こし、ＲＣ遅延の原因になる。
【０００５】
以上から、基板上に形成されたフィーチャが保存されるように、あらゆる炭素欠乏した低誘電率材料を効果的に修復し、誘電体膜層の超低誘電率を回復させることが求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上述の要求を満たすために、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための改良方法および装置を提供する。本発明は、装置および方法を含む種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【０００７】
一実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法が開示されている。この方法は、炭化水素基を有し、炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成された液剤を特定し、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料が、低誘電率材料を実質的に修復する液剤メニスカスに十分に曝露されるように、特定された液剤メニスカスを低誘電体膜層に適用することを含む。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。
【０００８】
別の実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置が開示されている。この装置は、基板を受けて支持するための基板支持装置と、基板の表面と近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用するよう構成された近接ヘッドとを備える。ガス剤メニスカスは、基板の表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められる。ガス剤メニスカスの適用は、ガス剤メニスカスに対する基板の表面の等方的な曝露をもたらし、ガス剤メニスカスに曝露された炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復する。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置が開示されている。この装置は、基板を支持するよう構成された基板支持装置と、基板の表面と近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用するよう構成された近接ヘッドとを備える。ガス剤は、炭化水素基を含み、基板の表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められる。ガス剤メニスカスの適用は、ガス剤に対する基板の表面の等方的な曝露をもたらし、ガス剤に曝露された炭素欠乏した低誘電率材料は実質的に修復される。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。基板支持装置は、基板の表面と近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを実質的に維持するために、近接ヘッドの下で基板を移動させることが可能である。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置が開示されている。この装置は、基板支持装置とブラシ装置とを備える。基板支持装置は、その上に配置された基板を支持するよう構成されており、ブラシ装置は、液剤を受けて基板の表面に供給するよう構成されている。液剤は、炭化水素基を含む。ブラシを通した液剤の供給は、液剤に対する基板の表面の均一な曝露をもたらし、液剤に曝露された炭素欠乏した低誘電率材料は実質的に修復される。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。基板支持装置およびブラシ装置は、基板の表面に曝露された実質的な量の液剤が低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を修復できるように、基板およびブラシを互いに相対的に移動させるよう構成されている。
【００１１】
本発明のその他の態様および利点については、本発明を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を示す概略図。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態において、フォトレジスト動作中に、形成されたフィーチャの周りの領域に形成された炭素系フォトレジスト層を示す概略図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態において、近接ヘッドを用いてガス剤を供給する装置を示す断面図。
【図２Ｂ】図２Ａに示した高濃度ガス供給領域の拡大図。
【図２Ｃ】ガス剤／液剤を供給するための一対の傾斜ノズルを有する装置の一実施形態を示す図。
【図２Ｄ】垂直ノズルを用いる近接ヘッドを備えた図２Ｃの装置の別の実施形態を示す図。
【図２Ｅ】少なくとも１つの傾斜ノズルと１つの垂直ノズルとを有する近接ヘッドを備えた図２Ｃおよび図２Ｄの装置の別の実施形態を示す図。
【図３Ａ】低誘電体膜層の組成構造を単純化して示す図。
【図３Ｂ】炭素欠乏した低誘電率材料の組成構造を単純化して示す図。
【図３Ｃ】炭素欠乏した低誘電率材料の組成構造を単純化して示す図。
【図３Ｄ】メチル基を含む低誘電体膜層の組成構造を単純化して示す図。
【図４Ａ】本発明の一実施形態において、２つの近接ヘッドを用いて、制御剤を基板に供給する様子を示す断面図。
【図４Ｂ】図４Ａに示した装置の別の実施形態を示す図。
【図４Ｃ】図４Ａおよび４Ｂに示した装置の別の実施形態を示す図。
【図５】本発明の一実施形態において、近接ヘッドを用いて制御剤を供給するシステムを示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態において、炭素欠乏した低誘電体膜層を修復する処理に含まれる動作のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、基板の低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料の修復を改善および効率化するためのいくつかの実施形態について説明する。しかしながら、本発明が、これらの詳細の一部または全てがなくとも実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。
【００１４】
低誘電体層の低い誘電率は、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を修復することによって回復できる。フィーチャサイズの縮小およびフィーチャ密度の増大という最近の技術的進歩の傾向によって、低誘電体膜層から炭素欠乏した低誘電率材料を除去することが課題となっている。炭素欠乏した低誘電率材料を除去するいくつかの方法は、炭素欠乏した低誘電率材料の近くに形成されたフィーチャへの損傷、下層の銅配線への損傷、または、低誘電体膜層へのより大きな損傷をもたらし、それにより、フィーチャを動作不能にする。しかし、炭素リッチな化学剤で炭素欠乏した低誘電率材料を慎重に処理することによって、低誘電率材料を大幅に修復し、修復された低誘電率材料が低誘電体膜層の特性とかなり同等の性質を示すように、修復された低誘電率材料の低誘電体特性を回復させることができる。
【００１５】
低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料を慎重に処理することで、基板上に形成されるフィーチャ、ひいては、半導体製品（マイクロチップなど）の品質を保持することが可能になる。本発明の一実施形態において、低誘電体膜層に形成される炭素欠乏した低誘電率材料は、ガス剤を供給することによって修復される。ガス剤は、炭化水素基を含むと共に、炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成されるよう選択される。ガス剤は、低誘電体膜層における炭素欠乏した低誘電率材料が、ガス剤メニスカスに対して十分に曝露されることで、低誘電率材料が実質的に修復されるように、近接ヘッドを通してガス剤メニスカスとして低誘電体膜層に適用される。修復された低誘電率材料は、低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す。ガス剤を制御下で供給し曝露させることによって、ガス剤メニスカスからの炭素を、炭素欠乏した低誘電率材料に誘導して、低誘電率材料を実質的に修復することが可能になる。修復された低誘電率材料は、実質的に、低誘電体膜層の低誘電率特性を示す。
【００１６】
図１Ａは、低誘電体膜層領域の炭素欠乏した低誘電率材料部分を示す概略図である。図に示すように、低誘電体膜層１１０が、基板１００上に形成されている。低誘電体膜層１１０は、スピンコーティング、ディップコーティングのいずれか、もしくは、化学蒸着技術によって形成される。低誘電体膜層の形成に用いられる材料は、ＳｉＣＯＨ、多孔質ＳｉＣＯＨなどの内の１つであってよい。低誘電率材料は、炭素をドープされており、さらに誘電率を低くするために、複数のサブミクロン空孔が、低誘電率材料内に導入される。空孔は、周知の技術を用いて導入されてよいため、本明細書では詳細に説明しない。低誘電体膜層１１０は、基板表面の上、エッチング停止層などの事前に加工された層の上、または、複数の加工される層の間に、直接形成されてよい。低誘電体膜層１１０は、低誘電体膜層１１０内に形成された１または複数のフィーチャ、または、基板１００上に形成されたトランジスタに接続する銅配線などの下層のフィーチャに対して、絶縁を提供する。低誘電体膜層を用いて基板上に形成されたフィーチャを隔離することは、フィーチャ間の結合容量を低減して回線遅延を低減する助けとなる。したがって、低誘電体膜層１１０の機能と、フィーチャ１３０および構造の機能とを保持するように、低誘電体膜層の特性を保持することが重要である。
【００１７】
加工処理中に、さらなるフィーチャまたは構造を形成するために、１または複数の加工層が、低誘電体膜層１１０上に形成される。図１Ｂに示すように、フィーチャ１３０が、低誘電体膜層１１０を貫通して形成される。低誘電体膜層１１０およびフィーチャ１３０の上には、炭素系フォトレジスト層１２０が形成される。フォトレジスト層の蒸着に続くエッチング動作の際に、フィーチャ１３０またはその付近にある炭素系フォトレジスト層の一部を剥離するために用いられるエッチングプラズマが、エッチングプラズマに曝露された低誘電体膜層１１０に損傷を与える場合がある。この損傷は、低誘電体膜層１１０の材料特性がサブミクロン空孔の存在によって損なわれることに起因しうる。結果として、低誘電体膜層１１０にドープされた炭素は、エッチングプラズマに曝露された低誘電体膜層１１０の部分から容易に欠乏しうる。一実施形態において、基板１００上に形成されたフィーチャおよび構造の機能性を保持するために、損傷された低誘電率材料１１５の修復が実行される。図１Ｂは、一実施形態を示しており、そこでは、エッチング動作が低誘電体膜層１１０から炭素を欠乏させているが、他の加工動作が、低誘電体膜層１１０に対する同様の損傷を引き起こす場合もある。炭素欠乏した低誘電率材料１１５は、損傷された部分では、低誘電体膜層１１０の残りの部分よりも高い誘電率を示し、その結果、回線遅延の原因となる。回線遅延は、ＲＣ遅延としても知られており、相互接続に用いられる材料の抵抗および／または中間誘電体層の容量によって引き起こされうるトランジスタ間の信号伝搬の遅延として定義される。この実施形態において、低誘電体膜層１１０の化学組成は、ＳｉxＯyＣzＨwの形態を取り、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の組成は、炭素の欠乏によってＳｉxＯyＨwの組成に似たものとなる。
【００１８】
図２Ａは、本発明の一実施形態において、炭素欠乏した（損傷した）低誘電率材料１１５を修復するためのガス剤メニスカス２１０の適用（形成）に用いられる装置を示す概略図である。図に示すように、基板１００が、キャリア２１５に取り付けられる。キャリア２１５は、基板を所定の位置に受けて保持すると共に、基板１００における異なる部分がガス剤メニスカス２１０に曝露されるように、基板１００を移動軸に沿って移動させるよう構成される。キャリア２１５は、基板１００をキャリア２１５内に平面に沿って受けて保持するためにピンを備えている。一実施形態では、図２Ｂに示すように、モータが、移動軸に沿って基板を運ぶキャリア２１５を移動させる。本装置は、基板１００の表面と、それに対向する近接ヘッド２００の表面との間に、ガス剤メニスカス２１０を適用するよう構成された近接ヘッド２００をさらに備える。「メニスカス」という用語は、「ガス剤メニスカス」の文脈においては、基板１００の表面とそれに対向する近接ヘッド２００の表面との間に適用された「ガス」の体積を指す。ガス剤メニスカスは、実質的にガスであるが、蒸気の状態の液体を含んでもよい。流体メニスカスと比較して、ガス剤メニスカスのガスは、流体の界面活性を示さなくてもよい。したがって、ガス剤メニスカスの閉じ込めは、比較的、適用点に局所的なものとなり、より自由に流動しうる。結果として、適用されたガス剤メニスカスは、閉じ込め領域内に完全に閉じ込められることはできないが、一実施形態にでは、その局所的な適用によって、（近接ヘッドの）１または複数のノズルから流れるガスに曝露される領域に対して高濃度のガスが供給される。図２Ｂに示すように、ガス剤メニスカスは、高濃度ガス供給領域２５０を提供する。一部の例では、ガス剤の一部が、ガス供給領域２５０を回避しうるが、ガス流は、所望の処理レベルを満たすために、ガス供給領域２５０における化学剤の濃度レベルを維持するよう構成可能である。
【００１９】
本明細書に記載のように、近接ヘッド２００は、基板１００の表面に近接して配置された時に、処理対象の基板１００の表面に正確な体積の化学剤を供給すると共に表面から化学剤を除去することができる基板処理装置である。一例では、近接ヘッド２００は、対向するヘッド表面（対向面）を有し、その対向面は、基板１００の表面と実質的に平行に配置される。対向面と基板１００の表面との間に、メニスカスが形成される。近接ヘッド２００は、複数の化学剤を供給するよう構成されてもよく、供給された複数の化学剤を除去するための真空ポート２３５を備えるよう構成される。
【００２０】
メニスカスへの化学剤の供給および除去を制御することよって、基板１００の表面上で、メニスカスを制御しつつ移動させることができる。処理中に、一部の実施形態においては、近接ヘッド２００が静止した状態で、基板１００を移動させてもよいし、他の実施形態においては、基板１００が静止した状態で、近接ヘッド２００を移動させてもよい。さらに補足すると、処理は任意の方向で実行可能であり、例えば、水平でない表面（例えば、垂直基板または斜めに保持された基板）にメニスカスを適用することも可能であることを理解されたい。
【００２１】
近接ヘッドに関する詳細については、２００３年９月９日発行の米国特許第６，６１６，７７２号「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｗａｆｅｒ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ」に記載されたような近接ヘッドの一例を参照できる。この米国特許出願は、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。
【００２２】
近接蒸気洗浄・乾燥システムに関する詳細については、２００２年１２月３日発行の米国特許第６，４８８，０４０号「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｈｅａｄｓ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｒｙｉｎｇ」に記載されたシステムの一例を参照できる。この米国特許は、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。
【００２３】
図２Ａは、基板１００の表面にガス剤メニスカス２１０を適用するための単一の近接ヘッド２００を示しているが、炭素欠乏した低誘電率材料を効果的に修復するために、２以上の近接ヘッドが、基板１００の片面または両面にガス剤メニスカス２１０を適用するために用いられてよい。
【００２４】
ガス剤メニスカス２１０は、基板１００の表面の少なくとも一部がガス剤メニスカス２１０に曝露されるように、近接ヘッドの１または複数のノズルを通して適用される。ガス剤メニスカス２１０の曝露は、本質的に等方的であり、ガス剤メニスカス２１０に曝露された炭素欠乏した低誘電率材料が実質的に修復されるように、基板１００の表面の一部に対するガス剤メニスカス２１０の均一な適用を可能にする。
【００２５】
図２Ｃに示した一実施形態において、近接ヘッド２００が備えるノズル２３０ａの内の少なくとも１つは、基板１００の表面に対して垂直および平行の間の角度でガス剤メニスカス２１０が適用されるように配置される。ガス剤メニスカス２１０は、基板１００の表面に実質的に平行に流れ、損傷された低誘電率材料１１５へ効果を与えるように適用される。ガス剤メニスカス２１０の流れは、基板１００の表面と近接ヘッド２００の対向するヘッドとの間のギャップ２４０によって制御されてよい。一実施形態において、ギャップ２４０は、約０．１ｍｍから約５ｍｍの間に設定されてよく、約０．３ｍｍから約１．５ｍｍの間であることがより好ましい。さらに、ノズルの角度調整により、基板１００の流れすなわち動きに対して基板１００の一部分の範囲内に、ガス剤メニスカス２１０を適用して閉じ込めることができる。
【００２６】
一実施形態において、近接ヘッド２００の中央に向かってガスを方向付けることにより、近接ヘッド２００の下から流れ出さずに、ガス流が近接ヘッド２００の下に留まるよう促してよい。この実施形態において、角度θは、０°（基板１００の表面に対して垂直）から９０°（基板１００の表面に平行）の間であることが好ましい。より具体的な実施形態において、θは、（近接ヘッドの中央に向かって）約２０°から４５°の間に選択される。図に示したθの角度を有するノズルと対向して配置されるノズルに対しても、同様に角度が選択される。
【００２７】
図２Ｄに示す別の実施形態において、近接ヘッド２００のノズル２３０ｂの内の少なくとも１つは、基板１００の表面に対して実質的に垂直にガス剤メニスカス２１０が適用されるように、基板１００の表面に対して垂直に配置される。ガス剤メニスカス２１０の流量は、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の効果的な修復を促進するよう基板１００の表面上に適切な効果を提供するために、基板１００の表面と近接ヘッド２００の対向面との間のギャップ２４０に基づいて調整されてよい。
【００２８】
図２Ｅに示す本発明の別の実施形態において、近接ヘッド２００は、基板１００の表面に対して垂直と水平との間の角度に配置された少なくとも１つのノズル２３０ａと、基板１００の表面に実質的に垂直である少なくとも１つのノズル２３０ｂとを備える。基板１００の表面に対するガス剤メニスカス２１０の等方的な曝露を提供するために、ノズルに関して他の角度および位置を用いてもよい。
【００２９】
１または複数のノズルに加えて、近接ヘッド２００は、ガス剤メニスカス２１０内に新しいガス剤が十分に補充されるように、ガス剤メニスカス２１０の流量を操作するための制御部を備える。それにより、基板１００の表面は、適切な量及び質のガス剤メニスカス２１０に曝露され、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の効果的な修復がなされる。
【００３０】
図３Ａは、フィーチャ、構造、および、他の層の絶縁に用いられる低誘電体膜層１１０を示す単純化したＳｉxＯyＣzＨw鎖状構造が、エッチング／剥離動作などの１または複数の加工動作で用いられる化学剤によって炭素の欠乏を受ける前の状態を示す図である。この実施形態において、図に示すように、メチル基は、構造内の各ケイ素と直接結合している。図３Ｂは、本発明の一実施形態において、加工動作後、低誘電体膜層１１０内で炭素欠乏によって損傷された低誘電率材料の組成を示している。この実施形態に見られるように、損傷された低誘電率材料１１５の組成は、ＳｉxＯyＣz-mＨw-nの形態であり、１または複数の加工化学剤に曝露された低誘電体膜層１１０から炭素を含有するメチル基が欠乏したことを示している。加工動作における１または複数の加工化学剤の反応によって、低誘電体膜層１１０のケイ素−メチル基の結合が切断され、メチル基は、エッチングプラズマまたは加工化学剤によって取り除かれる。ヒドロキシル基が、ケイ素と結合することで、メチル基と置き換わる。炭素欠乏した低誘電率材料１１５は、低誘電体膜層１１０の他の部分よりも、高い誘電率と低い親水性を示す。
【００３１】
ガス剤メニスカス２１０内のガス剤は、炭素欠乏した低誘電率材料１１５に炭素を供給できる炭化水素基を少なくとも含むように選択される。一実施形態において、ガス剤の炭化水素基は、メチル基である。炭素欠乏した低誘電率材料の修復は、例えば、図３Ｂに示した炭素欠乏した低誘電率材料１１５内で、メチル基などの炭化水素基を含むガス剤が、ヒドロキシル基の酸素−水素結合と相互作用した時に実現される。図３Ｃに示す一実施形態において、損傷された低誘電率材料１１５のヒドロキシル基の水素イオンは、ガス剤のメチル含有基によって置換される。この実施形態では、トリメチルシリカン基が、損傷された低誘電率材料１１５の炭素を補充するために用いられる。トリメチルシリカン基のケイ素イオンは、ヒドロキシル基の水素イオンと置換して、ヒドロキシル基の酸素イオンと結合を形成する。結果として生じる低誘電率材料１１５の構造が、図３Ｄに示されており、ヒドロキシル基の水素イオンは、ガス剤のトリメチルシリカン基によって置換されている。
【００３２】
近接ヘッド２００の制御部は、炭素欠乏した低誘電率材料１１５において炭素の導入が実現されるよう、ガス剤の流量を調節するために用いられてよい。低誘電率材料１１５における炭素の導入は、低誘電率材料の誘電率を下げることに寄与することで、損傷された低誘電率材料において、低誘電体膜層１１０の特性と実質的に同等な低誘電率特性を回復させる。
【００３３】
図３Ｂに示した実施形態では、ガス剤はヒドロキシル結合と反応しているが、ガス剤は、他のタイプの結合と反応して、その結合における適切なイオンの１つをメチル基または他の炭化水素基からの炭素で置換してもよく、それにより、損傷された低誘電率材料１１５の低誘電率特性は、低誘電体膜層１１０と実質的に同等のレベルまで回復される。さらに、ガス剤は、トリメチルシリカン基を含むよう限定されず、炭素欠乏した低誘電率材料１１５に炭素を導入して、損傷された低誘電率材料１１５を実質的に修復し、損傷された低誘電率材料１１５に低誘電率特性を回復させることができる他の炭素またはメチル含有炭化水素基を含んでもよい。
【００３４】
ガス剤の供給は、独立した処理動作であってもよいし、洗浄または蒸着前準備動作など、他の動作と組み合わされてもよい。本発明の一実施形態において、ガス剤は、洗浄剤と交互に用いられ、それら２つは、単一の近接ヘッドを用いて洗浄動作中に交互に供給される。
【００３５】
図４に示す本発明の別の実施形態において、装置は、２つの近接ヘッド４０５および４１０を備える。この実施形態では、炭素欠乏した低誘電率材料（損傷された低誘電率材料）１１５の修復は、洗浄動作と統合されており、洗浄剤が、第１の近接ヘッド４０５を通して基板１００の表面に供給されると同時に、ガス剤メニスカス２１０が、第２の近接ヘッド４１０を用いて、損傷された低誘電率材料１１５に適用される。ガス剤と洗浄剤は、真空ポート２３５によって基板の表面から除去される。ガス剤メニスカス２１０の同時適用は、洗浄動作に限定されない。ガス剤メニスカス２１０は、蒸着前準備など、他の加工動作中に同時に、損傷された低誘電率材料１１５に適用されてもよい。
【００３６】
図４Ａを参照して説明した装置の別の実施形態を、図４Ｂに示す。この実施形態において、２つの近接ヘッド４０５および４１０は、高濃度ガス供給領域２５０へガス剤２１０を集中的に供給できるように構成される。基板１００の表面にガス剤を高度に集中させて供給することを可能にするために、近接ヘッドは、図４Ｂに示すように、ガス剤の供給先となるポケットを形成するように延長されている。近接ヘッド表面の延長は、効果的な洗浄のために、より集中的にガス剤を基板の表面に供給することができるように、ガス剤の漏れを実質的に防ぐ部分的な壁を提供する。
【００３７】
図４Ｃは、図４Ａおよび４Ｂに示した装置の別の実施形態を示している。この実施形態では、近接ヘッド４０５が、基板の表面に修復剤を供給するために用いられる。この実施形態では、脱イオン水（または他の流体）のメニスカスが、ガスメニスカス１５０の両側に適用され、適用された水メニスカスが、障壁として機能し、ガス剤の漏れを実質的に防止する。供給されたガス剤は、損傷された低誘電率材料１１５の効果的な修復に役立つ。この実施形態では単一の近接ヘッドを用いているが、２以上の近接ヘッドを用いて、ガス剤メニスカスの両側に水メニスカスを適用してもよい。図４Ｃに示した本発明の一実施形態において、近接ヘッドは、図４Ｂを参照して説明したように、ポケットを提供するために延長されてもよい。この延長された近接ヘッドにより、ガス供給領域２５０における基板へのガス剤の供給をより集中させることで、損傷された低誘電率材料１１５の効果的な修復が可能になる。
【００３８】
図５は、本発明の一実施形態に従って、ガス剤メニスカスの適用に用いられる近接ヘッドを利用するクリーンルーム６００内のシステムの断面図であり、壁６０２および床６０４が示されている。クリーンルーム（クリーンシステム）６００内のシステムは、ハウジングチャンバ６１０を備えており、その中に複数の近接ヘッド６４５が配置される。ハウジングチャンバ６１０内に図示した近接ヘッド６４５は、ハウジングチャンバ６１０内で基板１００が移動する処理領域６１８の両側に配置された２つの近接ヘッド６４５を含む。近接ヘッドの数および位置は様々であってよい。図６は、処理領域６１８の両側に配置された２つの近接ヘッド、３つの近接ヘッド、および、５つの近接ヘッドなど、変形例の一部を示しており、炭素欠乏した低誘電率材料１０５を有する基板１００は、処理領域６１８を通って搬送される。基板１００は、基板搬入領域６１５を通してハウジングチャンバ６１０内に導入され、基板搬出領域６６０から取り出される。処理領域６１５に位置するキャリア６５０は、基板搬入領域６１５を通して基板を受けて、近接ヘッド６４５の間を通り抜けるようシステム６００を横切って基板１００を搬送し、基板搬出領域６６０において基板を受け渡すよう機能する。システム６００は、損傷を受けた低誘電率材料１１５の修復に用いられるガス剤を含む複数の化学剤を収容するための１組の容器６２５、６３０、６３５などをさらに備える。このシステムは、１または複数の近接ヘッドを用いて、ガス剤、洗浄剤、および、脱イオン水などを供給するために利用可能である。一実施形態において、システム６００は、１）基板１００を軽く洗浄するための脱イオン水、２）微量汚染物質を除去するための希フッ化水素酸、および、３）炭素欠乏した低誘電率材料１１５を修復するためのガス剤、を供給するために用いられる。本発明の別の実施形態では、システム６００は、１および３のみ、または、３のみを供給するために用いられてもよい。
【００３９】
ガス剤および洗浄剤は、修復すべき炭素欠乏した低誘電率材料１１５と、炭素欠乏した低誘電率材料１１５の上下に形成された対応する薄膜層とに対してなされた分析に基づいて、供給制御機構６２０を用いて制御されつつ、基板１００の表面に供給される。ガス剤および洗浄剤を制御下で基板１００に供給できるように供給制御機構６２０内の制御部を調整するために、ソフトウエアを実行するコンピュータ６０５が、供給制御機構６２０と通信可能に接続されてよい。図に示したように、コンピュータ６０５は、クリーンルーム内に配置されているが、クリーンルームの外側の任意の場所に配置されて、ハウジングチャンバ６１０内の供給制御機構６２０と通信可能に接続される構成も可能である。
【００４０】
本発明の実施形態は、ガス剤の供給に限定されるものではない。本発明の別の実施形態では、液剤が、ガス剤の代わりに用いられてもよい。一実施形態において、液剤は、近接ヘッド２００を用いて、液剤メニスカス２１０’として適用される。本明細書で液剤と関連して用いられているように、「メニスカス」という用語は、近接ヘッド２００の対向面と基板１００の表面との間に、部分的には液剤の表面張力によって、境界を維持され閉じ込められた液剤の体積を意味する。このように形成されたメニスカスも制御可能であり、閉じ込められた形状で表面上を移動されることができ、基板１００の表面から汚染物質を除去するために用いられる。具体的な実施形態において、コンピュータシステムをさらに備えてよい正確な液剤供給・除去システムによって、メニスカスの形状を制御することができる。液剤は、ガス剤の炭化水素基と同様に作用する炭化水素基を含んでよい。本発明の一実施形態において、液剤の炭化水素基はメチル基であり、メチル基内の炭素は、低誘電率材料１１５内で欠乏した炭素を補充するために用いられ、低誘電率材料１１５の低誘電率特性を低誘電体膜層１１０と実質的に同等のレベルまで回復させる。
【００４１】
液体形態のメニスカスの形成に関する情報については、以下を参照できる：（１）２００３年９月９日発行の米国特許第６，６１６，７２２号「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｗａｆｅｒ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ」、（２）２００２年１２月２４日出願の米国特許出願第１０／３３０，８４３号「Ｍｅｎｉｓｃｕｓ， Ｖａｃｕｕｍ， ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ， Ｄｒｙｉｎｇ Ｍａｎｉｆｏｌｄ」、（３）２００５年１月２４日発行の米国特許第６，９８８，３２７号「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＵＳＩＮＧ Ａ ＤＹＮＡＭＩＣ ＬＩＱＵＩＤ ＭＥＮＩＳＣＵＳ」、（４）２００５年１月２４日発行の米国特許第６，９８８，３２６号「ＰＨＯＢＩＣ ＢＡＲＲＩＥＲ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＴＡＩＮＭＥＮＴ」、（５）２００２年１２月３日発行の米国特許第６，４８８，０４０号「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｈｅａｄｓ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｒｙｉｎｇ」、これらは、各々、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。上面および下面メニスカスに関するさらなる情報については、２００２年１２月２４日出願の米国特許出願第１０／３３０，８４３号「Ｍｅｎｉｓｃｕｓ， Ｖａｃｕｕｍ， ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ， Ｄｒｙｉｎｇ Ｍａｎｉｆｏｌｄ」に開示したような、メニスカスの一例を参照できる。この米国特許出願は、本願の出願人であるラムリサーチコーポレーションに譲渡されている。
【００４２】
さらに別の実施形態では、スピンアプリケータ（ＳＲＤと同等のもの）が、基板を受けて保持するために用いられてもよい。スピンアプリケータは、過剰な液剤を保持するための容器として機能するタンク内に組み込まれる。スピンアプリケータは、基板の様々な部分を液剤に曝露させるために、軸を中心に回転するよう構成される。さらに別の実施形態において、液剤は、回転する基板上で、近接ヘッドを用いて基板表面に供給されてもよい。したがって、基板の保持方法は、キャリアに限定されず、ガス剤または液剤での処理が実現される限りは、別の方法を用いてもよい。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、近接ヘッドの代わりにブラシ装置を用いてもよい。この実施形態においては、液剤が特定され、特定された液剤はブラシ内に導入される。液剤を含んだブラシは、炭素欠乏した低誘電率材料１１５が実質的に修復されるように、低誘電体膜層１１０の炭素欠乏した低誘電率材料１１５に適用される。炭素欠乏した低誘電率材料１１５が、液剤に実質的に曝露されて、炭素欠乏した低誘電率材料１１５が効果的に修復されるように、ブラシ装置内の制御部を用いて、液剤の流量およびその他のパラメータを制御してよい。
【００４４】
以下では、基板１００の低誘電体膜層１１０における炭素欠乏した低誘電率材料（損傷された材料）１１５を修復するための方法について、図６を参照しつつ詳細に説明する。その方法は、動作６７０に示すように、損傷された材料１１５を修復するために基板１００に供給される修復剤を特定する動作から始まる。先に述べたように、修復剤は、炭化水素基を含むガス剤または液剤のいずれかであってよい。本発明の一実施形態において、修復剤の炭化水素は、メチル基である。低誘電体膜層１１０の一部が、フィーチャ１３０、構造、または、層を加工する際に用いられるＣＭＰ、エッチング、フォトリソグラフィ、蒸着など、１または複数の加工動作によって損傷される場合がある。これらの動作で用いられる化学剤は、形成されたフィーチャ１３０の周辺の領域で低誘電体膜層１１０にドープされた炭素と反応して、低誘電体膜層１１０から炭素を欠乏させうる。フィーチャ１３０周辺の領域の炭素欠乏した低誘電体膜層１１０は、低誘電体膜層１１０の残り部分よりも誘電率が高くなり、結果として回線遅延を引き起こす。したがって、損傷された材料１１５は、誘電体膜層１１０の低誘電率特性を実質的に保持するために、修復される必要がある。
【００４５】
修復剤は、周辺のフィーチャ、構造、および、層を損傷することなく、損傷された材料１１５を選択的に修復できるよう選択される。損傷された材料１１５を選択的に修復するために用いられる修復剤は、ＣxＨyの形態の炭化水素基を含む。
【００４６】
動作６７５において、修復剤は、基板１００上の低誘電体膜層１１０に供給される。修復剤の供給は、近接ヘッド２００またはブラシ装置を通してなされてよく、近接ヘッド２００またはブラシ装置で利用可能な制御部を用いて制御されてよい。修復剤の供給の制御は、流量、温度、種類など、修復剤の１または複数のパラメータに依存してよい。修復剤の供給は、さらに、基板１００の表面と近接ヘッドの対向面との間のギャップ２４０、または、修復剤を修復剤メニスカス２１０として導入するための近接ヘッド２００の１または複数のノズルの角度、に依存してもよい。
【００４７】
動作６８０では、図３Ｃに示したように、修復剤が、損傷された低誘電率材料１１５と反応して、酸素−水素結合を酸素−炭素結合で置換する。修復剤の炭化水素基内の炭素は、損傷された低誘電率材料１１５内の酸素−水素結合と反応し、酸素−水素結合における水素を、酸素−炭素結合を形成する炭化水素基からの炭素で置換する。損傷された低誘電率材料１１５を修復剤に対して制御下で曝露させることによって、損傷された低誘電率材料１１５を実質的に修復して、基板上に形成されるフィーチャ、構造、および、層の機能を保存することができる。
【００４８】
損傷された低誘電率材料１１５の修復において望ましい結果を示した修復剤は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリメチルジシラザン（ＴＭＤＳ）などのメチル基含有炭化水素、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）、ジメチルジクロロシラン（ＤＭＤＣＳ）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ3）3）Ｓｉ−Ｃｌ）、ｎ−ポリトリメチルシラン（ｎ−ＰＴＭＳ）などのクロロシラン、これらの化学剤の組み合わせ、または、これらの化学剤を他の化学剤と混合した組み合わせ、を含む。望ましい結果を示した修復剤の流量は、約０．２標準リットル毎分（ｓｌｍ）から約２．５ｓｌｍの間であり、約１．０ｓｌｍから約１．５ｓｌｍの間であることがより好ましく、最適流量は約１．５ｓｌｍである。修復剤の他のパラメータは、温度、濃度、曝露時間などを含んでよい。修復剤の温度は、約２０℃から約９０℃の間であり、約４０℃から約８０℃であることがより好ましい。修復後に、随時、高温ベーキングを行ってよい。修復後のベーキングの温度は、約５０℃から約４５０℃の間であり、約２００℃から約４００℃の間であることがより好ましい。損傷された低誘電率材料１１５の修復において望ましい結果を示した修復剤の濃度は、脱イオン水に対する修復剤の割合が約５０％から約１００％の間であり、脱イオン水に対する修復剤の割合が約８０％から９９％の間であることがより好ましい。損傷された低誘電率材料の修復において望ましい結果を示した曝露時間は、約０．５秒から約３０秒の間であり、約１秒から約１０秒の間であることがより好ましい。
【００４９】
次いで、処理は動作６８５に移行し、集積回路チップ（ＩＣチップ）を規定するために、さらなる層およびフィーチャが、低誘電体膜層１１０上に形成されてよい。形成可能なさらなる層の一部は、メタライゼーション配線および低誘電体膜層などを規定するために、バリア層、銅フィルム蒸着層を含んでよい。処理は、ＩＣチップが基板上に形成されるまで、または、ある加工段階に到達するまで、繰り返されてよい。
【００５０】
理解を深めるために、本発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、この実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の低誘電体膜層において炭素が欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、
前記基板を受けて支持するための基板支持装置と、
近接ヘッドであって、前記基板の表面と前記近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用させるよう構成された近接ヘッドと、
を備え、
前記ガス剤は、前記基板表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められ、
前記ガス剤メニスカスの適用は、前記ガス剤に対する前記基板の前記表面の等方的な曝露をもたらし、前記ガス剤に曝露された前記炭素が欠乏した低誘電率材料を実質的に修復し、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス剤は、前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記表面との間の制御された空間内に供給され、前記制御された空間は、前記基板の前記表面上の様々な位置に制御可能に移動されることができるガス供給領域を確立する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス剤は、１または複数のノズルを通して、前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記表面との間に導入される、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、少なくとも１つのノズルは、前記ガス剤が前記基板の前記表面に対して実質的に垂直に供給されるように方向付けられる、装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置であって、少なくとも１つのノズルは、前記ガス剤が前記基板の前記表面に対して垂直および平行の間の角度で供給されるような角度に配置される、装置。
【請求項６】
請求項３に記載の装置であって、前記ガス剤は、少なくとも炭化水素基を含む、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記炭化水素基はメチル基を含む、装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、新しいガス剤が前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記対向する表面との間に十分に補充されるように、前記ガス剤の流量を操作するための制御部を備える、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、前記基板の前記表面において洗浄剤メニスカスを生成するための別個の部分をさらに備え、前記洗浄剤は、前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復する前に１または複数の製造工程によって生じた残留物を実質的に除去する、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、第２の近接ヘッドをさらに備え、前記第２の近接ヘッドは、前記基板の前記表面において洗浄剤メニスカスを生成し、前記洗浄剤は、前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復する前に１または複数の製造工程によって生じた残留物を実質的に除去する、装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、前記ノズルの両側に延長部をさらに備え、前記近接ヘッドの前記延長部は、前記供給されたガス剤が実質的に閉じ込められるポケットを提供し、前記ポケットは、前記基板の前記表面に前記ガス剤をより集中的に供給するような処理領域を規定する、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、さらに、
前記基板の前記表面に脱イオン水メニスカスを適用するための別個の部分を備え、
前記適用された脱イオン水メニスカスは、前記適用されたガス剤メニスカスが実質的に閉じ込められる処理領域を提供し、
前記閉じ込められたガス剤メニスカスは、前記基板の前記表面を前記ガス剤に等方的に曝露させて、前記ガス剤に曝露された前記炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復させる、装置。
【請求項１３】
基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、
炭化水素基を有し、前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成された修復剤を特定し、
前記低誘電体膜層における前記炭素欠乏した低誘電率材料が、前記低誘電率材料を実質的に修復する前記修復剤に十分に曝露されるように、前記低誘電体膜層に対して前記修復剤をメニスカスとして適用すること、
とを備え、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示し、前記修復剤は、近接ヘッドを通じてメニスカスとして適用される、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記炭化水素基はメチル基を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記修復剤の供給は、前記修復剤の流量を調節することによってなされ、前記流量は、前記基板の前記表面上で前記修復メニスカスを実質的に維持するように、前記修復剤の供給および除去を行うよう構成される、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記修復剤の前記流量は、前記近接ヘッドの表面と前記基板の表面との間のギャップに基づく、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記修復剤の流れは、前記基板の前記表面と十分に平行である、方法。
【請求項１８】
基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、
その上に配置された基板を支持するよう構成された基板支持装置と、
近接ヘッドであって、前記基板の表面と前記近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用するよう構成された近接ヘッドと、
を備え、
前記ガス剤は、炭化水素基を含み、前記基板の表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められ、
前記ガス剤メニスカスの適用は、前記ガス剤に対する前記基板の前記表面の等方的な曝露をもたらし、前記ガス剤に曝露された前記炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復し、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示し、
前記基板支持装置は、前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記対向する表面との間にガス剤メニスカスを実質的に維持するために、前記近接ヘッドに対して前記基板を相対的に移動させることが可能である、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、前記炭化水素基はメチル基を含む、装置。
【請求項２０】
基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、
その上に配置された基板を支持するよう構成された基板支持装置と、
液剤を受け入れ、前記基板の表面上に適用するよう構成されたブラシを備えたブラシ装置と、
を備え、
前記液剤は炭化水素基を含み、
前記ブラシを通した前記液剤の前記供給は、前記液剤に対する前記基板の前記表面の均一な曝露をもたらし、前記液剤に曝露された前記炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復し、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示し、
前記基板支持装置および前記ブラシ装置は、前記液剤が前記低誘電体膜層における前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復できるように、前記基板および前記ブラシを互いに相対的に移動させるよう構成されている、装置。
【請求項１】
基板の低誘電体膜層において炭素が欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、
前記基板を受けて支持するための基板支持装置と、
近接ヘッドであって、前記基板の表面と前記近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用させるよう構成された近接ヘッドと、
を備え、
前記ガス剤は、前記基板表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められ、
前記ガス剤メニスカスの適用は、前記ガス剤に対する前記基板の前記表面の等方的な曝露をもたらし、前記ガス剤に曝露された前記炭素が欠乏した低誘電率材料を実質的に修復し、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示す、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス剤は、前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記表面との間の制御された空間内に供給され、前記制御された空間は、前記基板の前記表面上の様々な位置に制御可能に移動されることができるガス供給領域を確立する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記ガス剤は、１または複数のノズルを通して、前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記表面との間に導入される、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、少なくとも１つのノズルは、前記ガス剤が前記基板の前記表面に対して実質的に垂直に供給されるように方向付けられる、装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置であって、少なくとも１つのノズルは、前記ガス剤が前記基板の前記表面に対して垂直および平行の間の角度で供給されるような角度に配置される、装置。
【請求項６】
請求項３に記載の装置であって、前記ガス剤は、少なくとも炭化水素基を含む、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記炭化水素基はメチル基を含む、装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、新しいガス剤が前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記対向する表面との間に十分に補充されるように、前記ガス剤の流量を操作するための制御部を備える、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、前記基板の前記表面において洗浄剤メニスカスを生成するための別個の部分をさらに備え、前記洗浄剤は、前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復する前に１または複数の製造工程によって生じた残留物を実質的に除去する、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、第２の近接ヘッドをさらに備え、前記第２の近接ヘッドは、前記基板の前記表面において洗浄剤メニスカスを生成し、前記洗浄剤は、前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復する前に１または複数の製造工程によって生じた残留物を実質的に除去する、装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、前記ノズルの両側に延長部をさらに備え、前記近接ヘッドの前記延長部は、前記供給されたガス剤が実質的に閉じ込められるポケットを提供し、前記ポケットは、前記基板の前記表面に前記ガス剤をより集中的に供給するような処理領域を規定する、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、さらに、
前記基板の前記表面に脱イオン水メニスカスを適用するための別個の部分を備え、
前記適用された脱イオン水メニスカスは、前記適用されたガス剤メニスカスが実質的に閉じ込められる処理領域を提供し、
前記閉じ込められたガス剤メニスカスは、前記基板の前記表面を前記ガス剤に等方的に曝露させて、前記ガス剤に曝露された前記炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復させる、装置。
【請求項１３】
基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、
炭化水素基を有し、前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復するよう構成された修復剤を特定し、
前記低誘電体膜層における前記炭素欠乏した低誘電率材料が、前記低誘電率材料を実質的に修復する前記修復剤に十分に曝露されるように、前記低誘電体膜層に対して前記修復剤をメニスカスとして適用すること、
とを備え、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示し、前記修復剤は、近接ヘッドを通じてメニスカスとして適用される、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記炭化水素基はメチル基を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記修復剤の供給は、前記修復剤の流量を調節することによってなされ、前記流量は、前記基板の前記表面上で前記修復メニスカスを実質的に維持するように、前記修復剤の供給および除去を行うよう構成される、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記修復剤の前記流量は、前記近接ヘッドの表面と前記基板の表面との間のギャップに基づく、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための方法であって、前記修復剤の流れは、前記基板の前記表面と十分に平行である、方法。
【請求項１８】
基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、
その上に配置された基板を支持するよう構成された基板支持装置と、
近接ヘッドであって、前記基板の表面と前記近接ヘッドの対向する表面との間にガス剤メニスカスを受け入れて適用するよう構成された近接ヘッドと、
を備え、
前記ガス剤は、炭化水素基を含み、前記基板の表面の少なくとも一部を覆う領域内に実質的に閉じ込められ、
前記ガス剤メニスカスの適用は、前記ガス剤に対する前記基板の前記表面の等方的な曝露をもたらし、前記ガス剤に曝露された前記炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復し、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示し、
前記基板支持装置は、前記基板の前記表面と前記近接ヘッドの前記対向する表面との間にガス剤メニスカスを実質的に維持するために、前記近接ヘッドに対して前記基板を相対的に移動させることが可能である、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、前記炭化水素基はメチル基を含む、装置。
【請求項２０】
基板の低誘電体膜層において炭素欠乏した低誘電率材料を修復するための装置であって、
その上に配置された基板を支持するよう構成された基板支持装置と、
液剤を受け入れ、前記基板の表面上に適用するよう構成されたブラシを備えたブラシ装置と、
を備え、
前記液剤は炭化水素基を含み、
前記ブラシを通した前記液剤の前記供給は、前記液剤に対する前記基板の前記表面の均一な曝露をもたらし、前記液剤に曝露された前記炭素欠乏した低誘電率材料を実質的に修復し、
前記修復された低誘電率材料は、前記低誘電体膜層と実質的に同等の低誘電率特性を示し、
前記基板支持装置および前記ブラシ装置は、前記液剤が前記低誘電体膜層における前記炭素欠乏した低誘電率材料を修復できるように、前記基板および前記ブラシを互いに相対的に移動させるよう構成されている、装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１０−５１９７６６（Ｐ２０１０−５１９７６６Ａ）
【公表日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５０８６９（Ｐ２００９−５５０８６９）
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００１０５８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０３２２３
【国際公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００１０５８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０３２２３
【国際公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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