水素含有ラジカルによる未変性酸化物の洗浄
【課題】誘電率値に不利に影響せずに基板を効果的に洗浄することができる基板洗浄装置を提供する。
【解決手段】基板洗浄装置は、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第一比率を有する活性ガスを形成するために水素含有ガスを遠隔励起するリモートソースを有する。本装置は、基板支持体と、遠隔励起ガスをろ過して、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有し、第二比率が第一比率と異なる、ろ過された励起ガスを形成するイオンフィルタと、チャンバにろ過された励起ガスを導入するガス分配器とを備えたプロセスチャンバを有する。
【解決手段】基板洗浄装置は、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第一比率を有する活性ガスを形成するために水素含有ガスを遠隔励起するリモートソースを有する。本装置は、基板支持体と、遠隔励起ガスをろ過して、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有し、第二比率が第一比率と異なる、ろ過された励起ガスを形成するイオンフィルタと、チャンバにろ過された励起ガスを導入するガス分配器とを備えたプロセスチャンバを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、アプライドマテリアルズ社に共同譲渡されたＷｏｏｄらの２００３年２月１３日出願の米国仮特許出願第６０/４４７,３７２号からの優先権を主張する。その出願の開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【背景技術】
【０００２】
半導体又はディスプレイのような基板処理においては、基板上に物質が堆積され、エッチングされて、導電性相互接続部、コンタクト及びバイアを形成する。例えば、電気相互接続ラインのパターンは、基板上に金属含有導体を堆積し、導体上に抵抗パターンを形成し、導体をエッチングして相互接続ラインを形成し、その後、エッチングされた相互接続ライン上に誘電体層を堆積させることによって形成され得る。誘電体層は、下にある金属含有導体物質又は他の基板領域をそれぞれ露出させるコンタクトホール又はバイアを形成するために更にエッチングすることもできる。その後、導電性物質がエッチングされたホールに堆積されて下にある導体と電気的に接触する。例えば、銅含有相互接続部形成においては、誘電体層は、下にある銅導体物質を露出するコンタクトホールを形成するためにエッチングされ得る。その後、少なくとも部分的にコンタクトホールを充填する続いての銅電気めっきプロセスを容易にするために、コンタクトホールの露出した銅導体物質と表面上に銅のシード薄層を堆積させることができる。
【０００３】
しかしながら、金属含有導体物質は、続いてのプロセスステップを行うことができる前に洗浄を必要とする物質の堆積物を含み得る。例えば、堆積物は、中間物プロセスステップ中に導体が酸素化学種に晒される場合に形成する未変性酸化物膜を含み得る。未変性酸化物膜は、酸素含有ガスプラズマが残留抵抗を取り除くために用いられるレジストストリッピングプロセスにおいてしばしば生じる。また、未変性酸化物は、エッチングステップ、ストリッピングステップ、洗浄プロセスステップ間のような異なるプロセスチャンバ間に基板を搬送するときに形成し得る。露出した導体表面と続いて堆積された導電性物質との間の接触界面では電気抵抗が増大することから、未変性酸化物膜が望ましくない。堆積物は、また、以前のプロセスステップから残存している他のプロセス堆積物、例えば、カーボン含有残留物、シリコン含有残留物、フッ素含有残留物、窒素含有残留物を含むことができる。また、例えば、露出物質と堆積物質間の界面にボイド又は不規則性を形成することによる、露出した導体表面上に導電性物質の堆積に不利に影響し得ることから、堆積物は望ましくない。
【０００４】
未変性酸化物膜は、露出した導体表面上に導電性物質を堆積する前に行われる“前洗浄”プロセスにおいて金属含有導体から除去することができる。典型的な前洗浄プロセスにおいては、金属含有導体の露出した表面は、励起されたアルゴンイオンを基板に物理的に衝撃を加えて膜をスパッタするアルゴンプラズマによって洗浄される。しかしながら、励起されたイオンに適用される正確なエネルギーレベルを求めることは難しい。過度のイオンエネルギーは下にある金属をスパッタすることができ、エネルギーレベルが低すぎると基板上に膜を残留させ得る。膜は、また、例えば、Ｃｏｈｅｎらの米国特許第６,３４６,４８０号に記載されるように、例えば、水素のような励起された還元ガスを用いて洗浄することもでき、膜と化学的に反応させて膜中の酸化物を揮発性ヒドロキシルと水蒸気に還元する。その特許の開示内容は本明細書に全体で援用されている。しかしながら、還元剤は周囲の物質に対して不利な化学作用を有することがあり、例えば、水素化学種は露出した金属と化学反応して金属水素化物を形成し、露出部の導電性に再び望ましくない影響を及ぼす。
【０００５】
従来の洗浄プロセスは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって製造された、例えば、ＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄ(登録商標)、低ｋオキシ炭化シリコンのような低ｋ（低誘電率）物質によって取り囲まれた金属含有表面を洗浄するのに特に適していない。このような洗浄プロセスにおいて、洗浄ガスは低ｋ物質と反応して誘電値を変化させる。例えば、Ｏ2、Ｏ2/Ｎ2、Ｏ2/Ｈ2Ｏ、Ｏ2/Ｎ2/Ｈ2Ｏ、Ｏ2/ＣＦ4及びＯ2/ＣＦ4/Ｈ2Ｏのような洗浄ガスの組合せを用いた従来の洗浄プロセスは、低ｋ誘電体のｋ値を約２.７のｋ値から酸化シリコンのｋ値と同様の約４.０の高いｋ値に上げることができる。これらのプロセスにおいて生成されたイオン、及び水素イオンやヘリウムイオンのような特に“軽”イオンが低ｋ物質に深く浸透し膜の構造を損傷させ得ることから、低ｋ物質は、少なくとも一部にはこれらの洗浄プロセスの損傷を特に受けやすいと考えられる。低ｋ誘電体は性能と速度を改善するために半導体デバイスに頻繁に用いられているので、誘電率値に不利に影響せずにこれらの基板を効果的に洗浄することができるプロセスを有することが望ましい。
【０００６】
従って、清浄な導電性表面上に未変性酸化物の形成又は他の汚染物質堆積物を表面上に形成することなく金属含有物質を堆積させることが望ましい。更に周囲の物質に不利に影響することなく導体を洗浄することができることが望ましい。例えば、基板上の周囲の低ｋ誘電材料のｋ値を変化させることなく金属含有導体から未変性酸化物膜を洗浄することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
基板洗浄装置は、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第一比率を含む遠隔励起ガスを形成するために水素含有ガスを励起させるリモートソースを有する。洗浄装置は、また、基板支持体、遠隔励起ガスをろ過して、第二比率が第一比率と異なる、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有するろ過励起ガスを形成するイオンフィルタ、チャンバ内にろ過励起ガスを導入するガス分配器を有するプロセスチャンバを有する。
【０００８】
一変形例においては、基板洗浄装置は、遠隔励起ガスをろ過してろ過励起ガスを形成することを援助する石英ガス分配プレートと石英チャンバライナを備えている。
【０００９】
装置内の基板を洗浄するために、基板は装置のプロセスゾーンに配置される。遠隔ゾーンにおいて、エネルギーは水素含有ガスに結合してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第一比率を有する遠隔励起ガスを形成する。遠隔励起ガスをろ過して第一比率と異なるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有するろ過励起ガスを形成し、ろ過励起ガスがプロセスゾーンに導入されて基板を洗浄する。
【００１０】
装置の他の変形例は、基板から堆積物を洗浄することも基板上に金属含有導体を堆積することもできるものである。この装置においては、洗浄チャンバは、洗浄チャンバ内で約１０ｍＴｏｒｒ未満の圧力を維持する排気システムを含んでいる。装置は、また、基板支持体を有する堆積チャンバ、基板支持体に向いているスパッタリングターゲット、スパッタリングチャンバにガスを導入するガス分配システム、ガスを励起して基板上のターゲットから物質をスパッタするガスエナジャイザー、堆積チャンバからガスを排気する排気システムを有する。搬送チャンバは、洗浄チャンバからスパッタリングチャンバに基板を搬送させるロボットを有する。搬送チャンバは、基板を約１０ｍＴｏｒｒ未満の低圧環境で維持することができるエンクロージャーと低圧環境を維持する搬送チャンバからガスを排気する排出口を有する。コントローラは、洗浄チャンバ、スパッタリングチャンバ、基板上の第一金属含有導体から堆積物を洗浄し、その後、基板をスパッタリングチャンバに搬送して洗浄された第一金属含有導体上に第二金属含有導体を堆積させるロボットを作動させる。
【００１１】
一変形例においては、下にある金属含有導体を露出する特徴部がその中に形成された誘電物質を有する基板から堆積物を洗浄するための方法が提供される。該方法は、熱処理ステップと洗浄ステップとを含んでいる。熱処理ステップにおいては、基板温度を少なくとも約１００℃に維持しつつ、基板は水素含有ガスに晒される。洗浄ステップにおいては、基板は遠隔励起ガス、水素含有ラジカル種を有する遠隔励起ガスに晒されて基板を洗浄する。
【００１２】
基板から堆積物を洗浄するとともに熱処理プロセスを行う装置の一変形例においては、装置は熱処理チャンバと洗浄チャンバを有する。熱処理チャンバは、基板支持体、基板を加熱するヒータ、チャンバに水素含有ガスを導入するガス搬送システム、熱処理チャンバからガスを排気する排気システムを有する。洗浄チャンバは、基板支持体、水素含有ガスを遠隔励起してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第一比率を含む励起ガスを形成するリモートソース、チャンバに遠隔励起ガスを導入するガス分配器、遠隔励起ガスをろ過して第二比率が第一比率と異なるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有するろ過された励起ガスを形成するイオンフィルタ、洗浄チャンバからガスを排気する排気システムを有する。装置は、また、熱処理チャンバから洗浄チャンバに基板を搬送するロボットを有する搬送チャンバ、真空環境で基板を維持することができるエンクロージャーを有する搬送チャンバ、搬送チャンバからガスを排気して真空環境を維持するために排出口を有する。装置は、また、熱処理チャンバ、洗浄チャンバ、熱処理チャンバ内で基板を処理するとともに基板を洗浄チャンバに搬送して基板上の金属含有導体から堆積物を洗浄するロボットを作動させるコントローラを有する。
【００１３】
本発明のこれらの特徴、態様、及び利点は、本発明の例を示す、以下の説明、添付された特許請求の範囲、次の図面に関してより良く理解される。しかしながら、特徴の各々は、単に特定の図面に関連するのでなく、一般に本発明に使用し得ることは理解されるべきであり、本発明はこれらの特徴のあらゆる組み合わせを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、イオンフィルタを含む洗浄装置の実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ガス分配プレート上に取り付けられたワイヤグリッドの実施形態の部分平面図である。
【図３】図３は、マルチチャンバ装置の実施形態の部分平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、熱処理チャンバの実施形態の部分断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、スパッタリングチャンバの実施形態の部分断面図である。
【図５】図５は、コンピュータ読取り可能プログラムを含む説明的コントローラブロック図である；
【図６】図６は、増加する基板バイアス電力レベル、ガス励起電力レベル、圧力に対する厚さの変化と低ｋ誘電体層のｋ値変化を示すグラフである。
【図７】図７は、基板洗浄プロセス後の増加する基板温度に対する反射率と反射率パーセントの標準偏差のグラフである。
【図８】図８は、増加する接触抵抗値に対して測定した接触抵抗を有する基板上の特徴部パーセントのグラフである。
【図９】図９は、洗浄プロセスのフォトレジスト除去割合を示す比較図である。
【図１０】図１０は、基板洗浄プロセス前後の基板全体に測定された反射率パーセントのグラフである。
【図１１】図１１は、増加する抵抗値に対して測定した抵抗を有する基板上に相互接続構造のパーセントのグラフである。
【図１２】図１２は、増加するキャパシタンス値に対して測定したキャパシタンスを有する基板上のキャパシタのパーセントのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
洗浄プロセスは、基板１０上の金属含有導体１６の表面１４を洗浄するために行われる。例えば、洗浄プロセスは、酸素含有環境に表面を晒すことから形成された未変性酸化物膜１２のような表面１４上に形成された堆積物１２を除去するのに有効である。堆積物１２は、例えば、炭素、窒素、フッ素、シリコンを含有する残留物のような前のプロセスステップにおいて形成されたプロセス残留物、更に、高分子残留物さえも含み得る。洗浄プロセスは、例えば、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、又はその合金又は化合物を含む金属含有導体１６の表面１４を洗浄することができる。金属含有導体１６を含む基板１０の実施形態は、図１Ａ-図１Ｄに示されている。基板１０は、下にある金属含有導体１６を含み、その上に低ｋ誘電体層１８が形成されている。低ｋ誘電体層１８は、ｋ値が約２.０〜約３.０のような約３.０未満、更にｋ値が約２.７未満もの誘電体物質を含んでいる。例えば、適した低ｋ誘電体層は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって製造されたＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄ(登録商標)、低ｋオキシ炭化シリコンを含むことができる。他の適した低ｋ誘電体層は、シリコンと酸素、炭素、水素及び他の元素の少なくとも１種との組合わせを含むことができる。誘電体層１８は、図１Ａと図１Ｂに示されるように、堆積物１２を有する金属含有導体１６の表面１４を露出させる特徴部２０を含んでいる。洗浄プロセスは、図１Ｃ及び図１Ｄに示されるように、堆積物１２を金属含有導体１６の表面１４から除去して洗浄された表面１４と続いての基板１０上に堆積される物質間に良好な電気接触を可能にする。
【００１６】
改善された洗浄プロセスが、水素含有ラジカルを含む励起された洗浄ガスに基板１０を晒すことを含むことが見出された。水素含有ラジカルは、１つの不対電子を有するので、非常に化学的に反応性であるが、正電荷又は負電荷をもたない水素含有化学種、例えば、水素原子（Ｈ・）、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）、窒素含有ラジカル（ＮＨ2・、ＮＨ3・）、メチルラジカル（ＣＨ3・）のような炭素含有ラジカルである。水素含有ラジカルは、未変性酸化物のような堆積物１２の酸素成分と化学的に反応することによって比較的緩やかな洗浄プロセスを与えて排気され得る揮発性のヒドロキシルや水蒸気を形成し、それにより堆積物１２が金属含有導体１６の表面１４から除去されると考えられる。従って、励起された水素含有ラジカルは、堆積物１２と特に相互作用し、周囲の低ｋ誘電体層１８の構造を望ましく損傷する。例えば、水素含有ラジカル洗浄プロセスの層１８のｋ値の増加は、約０.１未満、更に約０.０５未満でさえあってもよい。
【００１７】
対照的に、正電荷又は負電荷を有する水素含有化学種である水素含有イオンはしばしば基板１０エネルギー的に衝突するので、低ｋ誘電体層１８の構造を過度に損傷させるとともに層１８のｋ値を増加させ得る。従って、改善された洗浄プロセスは、水素含有ラジカルを含み、ほとんど水素含有イオンを含まない励起ガスに基板１０を晒すことが望ましい。例えば、励起洗浄ガスにおける水素含有ラジカルと水素含有イオンの適切な比率は、少なくとも約１０,０００：１であってもよい。
【００１８】
励起洗浄ガスは、例えば、一つ以上のＨ2、Ｈ2Ｏ、ＮＨ3及びＳｉＨ4の１種以上の適切な水素含有ガスにエネルギーを結合することによって形成される。多くの水素含有ラジカルを形成するために、洗浄ガスは大部分の水素含有ガス成分を含むことが望ましい。例えば、洗浄ガスは、少なくとも約８０％容積の水素含有ガス、少なくとも９０％容積でさえ、例えば、９０％容積のＨ2を含み得る。適切な容量流量の水素含有ガスは、約１００ｓｃｃｍ〜約５リットル/分であってもよい。Ｈ2Ｏを供給すると、励起ガスにおける水素含有ラジカルの形成を促進させることができ、チャンバ１０６ａにおける部品の腐食を減少させることもできることが見出された。例えば、洗浄ガスは、約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏ、例えば、約１％〜約５％容積のＨ2Ｏを含むことができる。従って、一変形例においては、洗浄ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍのＨ2、約３００〜約６００ｓｃｃｍのＨ2、約０〜約１０ｓｃｃｍのＨ2Ｏ、例えば、約１〜約５ｓｃｃｍのＨ2Ｏを含むことができる。
【００１９】
一変形例においては、洗浄ガスは窒素含有ガスを含んでいる。例えば、洗浄ガスは、水素ラジカルと窒素ラジカルの双方を得るために解離するガス組成物を含むことができる。窒素を含む適切な洗浄ガス組成物の例としては、（ｉ）ＮＨ3、（ｉｉ）ＮＨ3とＨ2Ｏ、（ｉｉｉ）Ｎ2とＨ2、（ｉｖ）Ｎ2と、Ｈ2と、Ｈ2Ｏ、（ｖ）ＮＨ3と、Ｈ2ＯとＨ2を挙げることができる。一変形例においては、洗浄ガスは、約８０％〜約１００％容積のＨ2、約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏ、約１％〜約２０％容積のＮＨ3を含んでいる。洗浄ガスは、また、層１８からエッチングされた炭素を補充するために炭素源を供給することにより低ｋ誘電体層１８を保護するために炭素含有ガスを含むことができる。適した炭素含有ガスの例としては、ＣＯ、ＣＨ4、ＣＯ2及びＣ2Ｈ6の少なくとも１種を挙げることができる。洗浄ガスは、また、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ及びＮｅの少なくとも１種のような追加ガスを含むこともできる。
【００２０】
洗浄ガスは、例えば、図２Ａに示されるように、遠隔ゾーン３０においてガスにエネルギーを結合することによって励起させることができ、それにより、励起されたイオン種とラジカル種を含む遠隔励起ガスが形成される。遠隔ゾーン３０は洗浄チャンバ１０６ａのプロセスゾーン１０８から離れた適切な距離に位置し、遠隔ゾーン３０で形成された励起イオン種の多くがプロセス領域１０８に到達する前に再結合する。ラジカル種は頻繁に再結合せず、平均寿命が同じ距離でイオン種より長いので、遠隔ゾーン３０において励起ガスを形成すると、プロセスゾーン１０８に搬送すべきラジカル種の数が多くなり、イオン種が少なくなることが可能である。遠隔ゾーン３０は、プロセスゾーン１０８から距離ｄに配置され、距離ｄ全体の遠隔励起ガスの行程、例えば、遠隔ゾーン３０からガス分配プレート７２までが、ガスをろ過してイオン種の数が減少し、且つラジカル種の数とイオン種の数の比率が高い、励起ガスになる。洗浄チャンバ１０６ａのプロセスゾーン１０８から遠隔ゾーン３０の適切な距離は、例えば、少なくとも約１.５インチ（３.８ｃｍ）、例えば、約１インチ（２.５ｃｍ）〜約４インチ（１０ｃｍ）であってもよい。
【００２１】
その後、活性洗浄ガスは、遠隔励起ガスをろ過するイオンフィルタ５０を通過させて遠隔ゾーン３０で形成された化学種の比率と異なるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の比率を有するろ過された励起ガスを形成する。望ましくは、イオンフィルタ５０が励起洗浄ガスにおけるイオン種の数を減少させて、遠隔ゾーン３０で形成されたろ過されていない励起ガスの比率より低いろ過ガスにおけるイオン種とラジカル種の比率を得る。ろ過された励起ガスにおけるイオン種とラジカル種の比（Ｒf）は、少なくとも約１：１００、例えば、少なくとも１：５００、少なくとも約１：１０,０００だけろ過されていない比（Ｒl）より少なくすることができる。ろ過されていない比率（Ｒ1）値は、ろ過された比率（Ｒf）の少なくとも約１００倍、例えば、ろ過された比率の少なくとも約５００倍、ろ過された比率の少なくとも約１０,０００倍さえであってもよい。例えば、ろ過された比率は、Ｒf＝（Ｒf/Ｒ1）・Ｒ1に等しくなることができる。ここで、ろ過された比率はＲf＝Ｉf/Ｎfであり、ろ過されていない比率はＲ1＝Ｉ1/Ｎiであり、ｌfとｌ1はそれぞれろ過されたガスとろ過されていないガスのイオン数であり、ＮfとＮiはそれぞれろ過されたガスとろ過されていないガスのラジカル種の数がである。イオン種とラジカル種の数によって記述されると、ろ過された比率はＲf＝（ｌf/Ｎf）（Ｎi/ｌi）・Ｒiと等しい。ろ過されたガスとろ過されていないガスにおけるラジカル種の数がほぼ同じであることを前提とすると、即ち、ラジカルの数は約２０％未満だけ変化し、そのときＮfはＮiに等しく、これらの因子は方程式から取り消され、Ｒf＝（ｌf/ｌi）Ｒiに等しいろ過された比率が残る。そのようにろ過された比率は、ろ過されたイオンの数とろ過されていないイオン数の比率（ｌf/ｌi）とほぼ等しい倍率だけ減少したろ過されていない比率に等しくなることができ、望ましくは、約１：１００未満、例えば、約１：５００未満、約１：１０,０００未満もの比である。このように、基板１０を洗浄するために励起された洗浄ガスにラジカル種が残ることを可能にしつつ、イオンフィルタ５０がさもなければ低ｋ誘電体層１８８に損傷を与えることができる励起ガスからイオン種を除去する。
【００２２】
所望された比率が得られたかを求めるために励起ガスにおけるイオン種とラジカル種の相対比率を検出するいくつかの方法がある。プラズマ放射を用いた水素ラジカルの相対量は、例えば、６５６ｎｍで水素放出スペクトルの強度を検出することによってモニタすることができる。励起ガスにおける水素ラジカルの相対量は、通常水素放出ラインの強度に比例するので、放出ライン強度が高いほど水素ラジカル相対濃度が高いことが示される。励起ガスにおける水素イオンの相対量は、例えば、基板支持体１１０のＤＣバイアスの変化を測定することによって測定することができる。支持体１１０上に衝突させ帯電するプラズマの水素の数は、支持体１１０で測定されたＤＣバイアスに比例している。このように、支持体１１０で測定されたＤＣバイアスと水素放出ライン強度の比率によって、励起されたガスにおけるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の比率を概算することができる。水素イオン濃度は、先端に衝突したイオンによって与えられる電荷からのイオン電流フラックスのようなパラメータを測定するために励起されたガスに挿入される導電性プローブの先端を備えているラングミュアプローブで測定することができる。ラングミュアプローブの例は、Ｃａｒｌｉｌｅらの米国特許第５,３３９,０３９号に記載され、この開示内容は本明細書全体で援用されている。
【００２３】
水素放出強度の１つ以上、ＤＣバイアス、ラングミュアプローブ又は他の方法を用いてラジカル種及びイオン種の少なくとも１種の相対量と濃度を測定することができる検出器２０２が設けられる。検出器２０２は、その領域におけるイオン及びラジカルの少なくとも１種の濃度を測定するためにチャンバ１０６と装置１０２の異なる領域に位置させることができる。検出器２０２は、ろ過されていない励起ガスのラジカル及びイオンの１種以上の量を検出するために遠隔チャンバ４０内又はその周りに位置させることができる。例えば、ろ過されていない励起ガスのイオンの検出濃度は、約１０11〜約１０12イオン/ｃｍ3オーダーであってもよい。検出器２０２は、ろ過されたガスにおけるイオン及びラジカルの１種以上の量を検出するために、例えば、プロセスゾーン１０８近傍にチャンバ１０６の周りに位置させることもできる。例えば、ろ過された励起ガスにおけるイオンの検出濃度は、約１０8〜約１０9イオン/ｃｍ3オーダーであってもよい。従って、装置１０２の異なる領域におけるイオン種及びラジカル種の少なくとも１種の数は、ろ過されたガスとろ過されていないガスにおけるイオン種とラジカル種の相対量を求めるために検出器１０２によって測定することができる。
【００２４】
一変形例においては、イオンフィルタ５０は、図２Ａと図２Ｂに示されるように、励起洗浄ガスが通過することができるその中に開口５４を有する導電性ワイヤグリッド５２を備えている。ワイヤグリッド５２は電気的に接地し得る（図示されるように）のでグリッド５２上に衝突したイオン種からの電荷がグリッド５２を通って接地電位に伝わり、それによって帯電イオン種が励起洗浄ガスから除去される。ワイヤグリッド５２は、帯電されたイオン種に反発する電位ゾーンを生じるように任意にバイアスをかけることもできる。ワイヤグリッド５２は、それを通る良好なガスフローを可能にするのに十分に高い開口５４の面積とワイヤグリッド５２の面積比、例えば、約１０：１〜約１：１０の比、少なくとも１：１さえも含んでいる。ワイヤグリッド５２は、例えば、モリブデン、チタン、ニッケルクロム合金及びアルミニウム合金の少なくとも１種の適切な導電性物質を含んでいる。
【００２５】
ワイヤグリッド５２は、例えば、プロセスゾーン１０８上の遠隔ゾーン３０と基板１０間の活性洗浄ガスの流路内に配置されている。一変形例においては、図２Ａと図２Ｂに示されるように、ワイヤグリッド５２は、プロセスゾーン１０８に遠隔ゾーン３０から受容した励起洗浄ガスを分配するガス分配プレート７２上に取り付けられている。ワイヤグリッド５２はガス分配プレート７２上に取り付けられ、ワイヤグリッドにおける開口５４は、ワイヤグリッド５２とガス分配プレート７２を通って励起洗浄ガスフローを可能にするためにガス分配プレート７２におけるアパーチャ７１と一致している。ワイヤグリッド５２は、ガス分配プレート７２の上面７３上に取り付けられ、ワイヤグリッド５２の腐食を抑制するために図２Ａに示されるようにガス分配プレート７２に少なくとも部分的に埋込まれることさえもできる。ガス分配プレート７２は、アルミナ、サファイア、シリカ及び石英の少なくとも１種のような誘電性物質、シリコン、アルミニウム及び炭化シリコンのス１種のような導電性物質を含むこともできる。ワイヤグリッドは、更に又は或いは、ガス分配プレート７２の底面７５に取り付けることができ、又はガス分配プレート７２から隔置することもできる。また、プレート７２が励起ガスフローをそれを通って巻き込んでいるバッフルとして働くので、ガス分配プレート７２はそれ自体イオンフィルタ５０として作用することができ、それにより励起ラジカル種の再結合を促進させる。
【００２６】
励起洗浄ガスは、石英を含む表面６０上に励起ガスを通すことによってイオン種を除去するようにろ過することができる。石英表面６０は、水素含有種が水素結合し、表面６０に吸着することができる表面を設けることによってラジカルの再結合を減少させるためにイオンフィルタ５０として作用すると考えられる。石英表面６０上に衝突する水素含有化学種は、吸着した水素含有ラジカルを励起ガスに放出し、それにより水素ラジカルが再生する。水素イオンは、石英表面６０によって再生されないので、これらイオンは再結合して電気的に中性の非イオン種を形成する。このように、活性洗浄ガスを石英表面上に通ることにより、イオン種は励起洗浄ガスから効果的にろ過され、ラジカル種は保存される。
【００２７】
石英表面６０は、励起洗浄ガスから水素イオン種を最適にろ過するように配置されることができる。一変形例において、石英表面６０は、図２Ａに示されるように、遠隔ゾーン３０とプロセスチャンバ１００間で接続コンジット６２の一部の内部表面を含んでいる。例えば、接続コンジット６２は石英チューブから構成することができる。他の変形例においては、石英表面６０は、図２Ａにも示されるように、ガス分配器７０の１つ以上の表面を含んでいる。例えば、ガス分配器７０は、石英を含んでいるガス分配プレート７２を含むことができる。石英表面６０は、ガス分配プレート７２とガス分配器流入口８３との間にあるガス分配プレナム７６を取り囲んでいる壁７８、８０の表面上にあり得る。例えば、上部と側部のプレナム壁７８、８０は石英から製造され得る。プレナム壁７８、８０は、壁７８、８０を並べたライナ８２を含むこともでき、石英ラインのような石英表面６０を含むこともできる。石英表面６０を含むライナ８２は、チャンバ側壁１１４、底面壁１１６、シーリング１１８、ガス分配プレート７２のような他のコンポーネントの少なくとも一部の表面のような、チャンバ１００内に他の表面を裏打ちすることもできる。
【００２８】
基板１０の温度は、堆積物１２における酸化物の低減に最適条件を与えるように設定され、水素含有ラジカルと堆積物１２間の化学反応を促進させるようにさえ設定することができる。例えば、基板の温度は約０℃〜約５００℃、例えば、約１５０℃〜約４５０℃、約２５℃〜約３５０℃にさえ、例えば、約１５０℃〜約３５０℃に維持することができる。一変形例においては、高バイアス電力レベルが励起洗浄ガスにおけるイオンによって基板１０の衝突を増加させることができるので、洗浄プロセス中に基板１０に印加されるバイアス電力レベルは望ましくは低くてもよい。適切なバイアス電力レベルは、約１００ワット未満、例えば、約０〜１０ワット、約１ワット〜約１０ワットにさえしてもよく、実質的に０にさえすることができる。他の変形例においては、１００ワットより大きい、約１００ワット〜約２００ワットものバイアス電力レベルのような高いバイアス電力レベルは洗浄速度を増加するために適用することができる。
【００２９】
基板１０の洗浄が、熱処理又はアニールステップを行って基板１０から堆積物１２を除去することにより改善し得ることが更に見出された。熱処理ステップにおいて、基板１０は、例えば、堆積物１２を揮発させることにより、基板１０から物質を脱ガスするのに十分に高い温度に加熱する。基板１０上の酸化物の形成を阻止するために熱処理ステップの間、還元ガスのフローを供給することもできる。適切な還元ガスは、例えば、Ｈ2のような水素含有ガスを含むことができる。熱処理ステップは、遠隔励起水素ラジカル洗浄ステップの前に、基板１０の比較的緩やかな初期洗浄を与えるために、実質的に還元ガスを励起させずに、例えば、実質的に還元ガスにＲＦ又はマイクロ波エネルギーを結合せずに行うことができる。
【００３０】
熱処理ステップの一変形例においては、基板１０は、少なくとも約１００℃、例えば、約１５０℃〜約３５０℃の温度に加熱される。Ｈ2フローは、約１０００ｓｃｃｍ〜約５リットル/分の容量の流量で供給される。熱処理ステップ中の圧力は、約１００ｍＴｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒ、約３０Ｔｏｒｒ未満にさえ維持することができ、適切な加熱時間は約１分〜１０分であってもよい。
【００３１】
一変形例においては、熱処理ステップは水素ラジカル洗浄ステップと同じチャンバ１０６ａで行われる。例えば、チャンバ１０６ａは、温度制御システム１４０とチャンバ１０６ａ内で基板１０を加熱するように適合されたヒータ１４２を含むことができる。図２Ａに示された実施形態においては、ヒータ１４２は基板支持体１１０の基板１０の下に抵抗加熱素子１１１を含んでいる。ヒータ１４２は、例えば、頭上式加熱ランプ１４３の、他の加熱デバイスを含むこともできる。他の変形例においては、熱処理ステップは、別個の熱処理チャンバ１０６ｃ内で行われ、その実施形態は図２ｃに示されている。熱処理チャンバ１０６ｃは、例えば、真空搬送チャンバ１１７によって洗浄チャンバ１０６ａと真空接触していることが望ましく、基板１０が加熱プロセスチャンバ１０６ｃから洗浄チャンバ１０６ａまで真空を破壊することなく搬送され得る。
【００３２】
一実施形態においては、下にある低ｋ誘電体層１８の表面１９を露出するためにほぼ完全にレジスト層２２が除去された後、洗浄プロセス、任意の熱処理プロセスが行われる。ストリッピングプロセスは、図１Ａに示されるように、レジスト層２２を含む基板１０をストリッピングチャンバにおいて酸素含有ガスのような励起ストリッピングガスに晒すことを含むことができる。一旦レジスト層２２のストリッピングが完了し、図１Ｂに示されるように、レジスト層２２はほぼ完全に除去されると、基板１０は別個の洗浄チャンバ１０６ａに搬送される。ストリッピングプロセスが基板１０から大量の物質の除去を必要とすることがあり、ストリッピングチャンバと洗浄チャンバ１０６ａ又は他のチャンバとの真空統合によってストリッピングチャンバからの汚染を生じ得るので、洗浄チャンバ１０６ａは、ストリッピングチャンバと真空接触していない別個のマルチチャンバ装置の一部であることが望ましい。別個の熱処理チャンバ１０６ｃが用いられる場合、熱処理チャンバ１０６ｃは、ストリッピングチャンバと真空接触していないことが望ましく、洗浄チャンバ１０６ａを含むマルチチャンバ真空装置の一部であり得る。堆積物１２の未変性酸化物成分は、図１Ｂに示されるように、酸素含有ストリッピング環境に金属含有導体１６を晒す際に、又はストリッピングチャンバから洗浄チャンバ１０６ａへの基板１０の搬送中に周囲雰囲気に晒す際に、金属含有導体１６の表面１４上に形成し得る。
【００３３】
適切な洗浄プロセスの一変形例においては、約５０〜約１０００ｓｃｃｍのＨ2、例えば、３００ｓｃｃｍのＨ2と約０〜１０ｓｃｃｍのＨ2Ｏ、例えば、３ｓｃｍのＨ2Ｏを含む洗浄ガスは、約３００ワット〜約３０００ワットの電力レベル、例えば、１０５０ワットを印加することによってリモートソース３５で活性化される。チャンバ圧は、約１０Ｔｏｒｒ未満、例えば、約１Ｔｏｒｒに維持される。約０〜約１００ワットのバイアス電力レベル、例えば、５０ワットは、基板１０にバイアスをかけるために印加され、基板１０の温度は、約１５０〜約４５０℃、例えば、２５０℃に維持される。洗浄プロセスは、図１Ｃに示されるように、堆積物１２をほぼ除去し、洗浄された表面１４が得られる。
【００３４】
洗浄プロセスが完了した後、チャンバ１０６ａ内の圧力は廃洗浄ガスと洗浄副生成物を排気するとともに洗浄チャンバ１０６ａのそばのマルチチャンバ装置汚染の可能性を減少させるために約１０ｍＴｏｒｒ未満に減圧される。その後、基板１０は、図１Ｄに示されるように、新たに洗浄された金属含有導体表面１４上に、銅、アルミニウム、タンタル、タングステン、窒化タンタル及び窒化タングステンの少なくとも１種のような第二金属含有導体２１を堆積するために搬送ロボット１１９を有する基板搬送チャンバ１１７によって減圧下で堆積チャンバ１０６ｂに搬送され得る。
【００３５】
水素含有ラジカル洗浄プロセスに適した洗浄チャンバ１０６ａを含む装置１０２の実施形態は、図２Ａに示されてる。本明細書に示される装置１０２の具体的な実施形態は、半導体ウェハのような基板１０を洗浄するのに適し、フラットパネルディスプレイ、ポリマーパネル、又は他の電気回路受容基板１０のような他の基板１０を洗浄するために当業者によって適合させることができる。一般的に、洗浄チャンバ１０６ａは、エンクロージャーのような１つ以上の壁１０７を含み、プロセスゾーン１０８を封じるシーリング１１８、側壁１１４、底面壁１１６を含むことができる。励起洗浄ガスは、リモートソース３５とガス分配器７０を含むガス供給源１３０によってプロセスゾーン１０８に供給される。洗浄ガスは、リモートソース３５によって励起され、流入口８３を有する接続コンジット６２を経てガス分配器７０に受容される。ガス分配器７０は、プロセスゾーン１０８にガスを分配するためにその中にアパーチャ７１を有するガス分配プレート７２を含み得る。ガス分配器７０は、また、基板１０の周辺に１つ以上のコンジットを任意に含むことができる。廃ガスや副生成物は、プロセスゾーン１０８からガスを受容する排気ポート１７７を含むことができる排気システム１４４を通ってチャンバ１０６ａから排気され、チャンバ１０６ａ内のガス圧を制御するためにスロットルバルブ１３５と、１つ以上の排気ポンプ１５２、例えば、ターボ分子排気ポンプを更に含むことができる。排気システム１４４は、チャンバ１０６ａの大気圧未満を維持することができる。
【００３６】
洗浄ガスを遠隔励起するのに適したリモートソース３５は、遠隔ゾーン３０、洗浄ガスソース３９、リモートガスエナジャイザー３７を有するリモートチャンバ４０を含んでいる。動作中、洗浄ガスはリモートチャンバ４０における洗浄ガスソース３９から受容する。リモートチャンバ４０への洗浄ガスの流量を制御するためにフローバルブ４１を設けることができる。リモートガスエナジャイザー３７は、遠隔ゾーン３０で洗浄ガスにエネルギーを結合して洗浄ガスを励起し、それにより励起イオン種とラジカル種を含む励起洗浄ガスが形成される。リモートガスエナジャイザー３７は、例えば、洗浄ガスにＲＦとマイクロ波エネルギーの少なくとも１種を結合することができる。一変形例においては、リモートガスエナジャイザー３７は、遠隔領域３０における洗浄ガスにＲＦエネルギーを誘導結合させる誘導アンテナを含んでいる。洗浄ガスに結合するのに適したＲＦ電力レベルは、約１００ワット〜約１０ｋワットであってもよい。他の変形例においては、リモートガスエナジャイザー３７は、例えば、Ｓｍｉｔｈらの米国特許第６,１５０,６２８号に記載されるように、遠隔ゾーン３０で洗浄ガスにエネルギーを結合するトロイダル型ガスエナジャイザーを含んでいる。その特許の開示内容は本明細書全体に援用されている。トロイダル型ガスエナジャイザーによって印加された適切なＲＦ電力レベルは、約１０００ワット〜約１０,０００ワットであってもよい。マイクロ波ガスアクチベータを含むリモートガスエナジャイザー３７を設けることもできる。適切なマイクロ波電力レベルは、約３００ワット〜約５ｋワットであってもよい。チャンバ１０６ａは、チャンバ１０６ａのプロセスゾーン１０８においてガスにエネルギーを結合するチャンバガスエナジャイザーを任意に含むこともできる。例えば、チャンバガスエナジャイザーは、ＲＦエネルギーを結合させる電極及び誘導アンテナの１種以上を含むことができる。
【００３７】
基板１０は、基板受容表面１８０を有する支持１１０上のプロセスゾーン１０８に保持される。支持体１１０は、電圧源９１から電力レベルを印加することによって電気的にバイアスをかけ得る電極９０を任意に含むことができる。電極９０は、支持体１１０上の基板１０を静電的に保持するためにバイアスをかけることができる。電極９０と基板１０は、プロセスの特性、例えば、基板１０へのイオン衝撃の程度に影響するようにバイアスをかけることも可できる。しかしながら、支持体１１０はいかなる帯電可能電極を存在しないこともあり得る。温度制御システム１４０は、基板１０の温度を維持するために設けられ、例えば、基板１０の下の支持体１１０に抵抗加熱素子１１１を含むことができる。温度制御システム１４０は、１種以上の他の熱交換デバイス、例えば、熱交換流体が供給される熱交換コンジットや加熱ランプを含むこともできる。温度制御システム１４０は、基板１０の温度をモニタするとともにチャンバコントローラ３００に温度に関して信号を送る熱電対のような温度モニタを含むこともできる。
【００３８】
プロセスチャンバ１９５を含む装置１０２は、複数のプロセスチャンバ１０６ａ‐ｄを含む大きなマルチチャンバ装置１０２の一部でもあり得る。基板１０を処理するのに適した装置１０２の実施形態は、図３に示されるように、１つ以上のプロセスチャンバ１０６ａ−ｄを含んでいる。チャンバ１０６ａ‐ｄは、電気プラミング、及び他の支持機能を設ける、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社からＰｒｅｃｉｓｉｏｎ５０００(登録商標)のようなプラットフォーム上に取り付けられる。プラットフォーム１０９は、典型的には、処理すべき基板１０のカセット１１５を受容するロードロック１１３と処理するためにカセット１１５から異なるチャンバ１０６ａ‐ｄに基板を搬送するとともにプロセス後に基板を戻すためにロボット１１９を含む基板搬送チャンバ１１７を支持する。異なるチャンバ１０６ａ‐ｄは、例えば、堆積洗浄チャンバ１０６ａ、ウエハ上に物質を堆積するための堆積チャンバ１０６ｂ、任意に、熱処理チャンバ１０６ｃ、他処理チャンバを含むことができる。例えば、一変形例においては、チャンバ１０６ａ‐ｄの一つは、基板１０上の金属含有導体１６上に形成された堆積物１２を除去するための洗浄チャンバ１０６ａを含んでいる。洗浄プロセスが終了した後、基板１０は洗浄された基板上の金属含有導体のような物質を堆積する堆積チャンバ１０６ｂにロボット１１９によって搬送され得る。基板１０は、第一チャンバ内で堆積された第一物質上に、他の金属含有導体のような他の物質を堆積することができる第二堆積チャンバ１０６にロボット１１９によって搬送され得る。また、熱処理プロセス後、基板１０は、ロボット１１９によって熱処理チャンバ１０６ｃから洗浄チャンバ１０６ａに搬送され得る。チャンバ１０６ａ‐ｄは、プロセスが連続して処理することができる装置１０２内で連続真空環境を形成するために相互接続され、それにより異なるプロセス段階の別個のチャンバ間でウェハを搬送する場合に生じることがある基板１０の汚染が減少する。搬送チャンバ１１７は、チャンバ１０６ａ‐ｄの汚染を減少させるために、ガスを排気するとともに低圧環境、例えば、約１０ｍＴｏｒｒ未満の圧力を維持する流出口１２９を有する排気システムを備えている。
【００３９】
基板１０上に物質を堆積することができるチャンバ１０６ｂの例示的な変形例は、図４Ｂに概略的に示されている。チャンバ１０６ｂは、代表的な自己イオン化プラズマチャンバ、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって開発されたＳＩＰ＋型チャンバである。しかしながら、本発明の態様は、ＳＩＰ＋型チャンバを含む堆積チャンバに限定されず、他の堆積チャンバも適している。典型的なチャンバ１０６ｂは、側壁１２０、底面壁１２２、シーリング１２４を含むエンクロージャー２１８を含んでいる。基板支持体２３０は、チャンバ１０６ｂ内で基板１０を支持するために設けられている。基板支持体２３０は、例えば、ＲＦ電源２０３であってもよい、ペデスタル電源２１０によって電気的に浮動してもバイアスがかけられてもよい。基板１０は、チャンバ１０６ｂの側壁１２０にある基板装填流入口（図示せず）を通ってチャンバ１０６ｂ内に導入され、支持２３０上に配置される。支持体２３０は、支持リフトベローズ（図示せず）によって持ち上げることも下げることもでき、リフトフィンガーアセンブリ（図示せず）は、チャンバ１０６ｂ内外へ基板１０の搬送中に支持体２３０に基板１０を持ち上げ、下げるために使用し得る。
【００４０】
スパッタリングガスのようなプロセスガスは、それを通って設定流量ガスを通過させるマスフローコントローラのようなガスフロー制御バルブ１５８ａ‐ｃを有するコンジット１５６ａ‐ｃにそれぞれ送り込むガスソース１５４ａ‐ｃを含むプロセスガス供給源２５２を通ってチャンバ１６０ｂに導入される。コンジット１５６ａ‐ｃによって、ガスが所望のプロセスガス組成物を形成するように混合される混合マニホールド１６０にガスが送り込まれる。ガス流出口１６４は、基板支持体２３０の周辺を完了するためにチャンバ側壁１２０を通過することができる。プロセスガスは、ターゲット２１１上に励起的に衝突させるとともにターゲット２１１から物質をスパッタする、アルゴン又はキセノンのような非反応性ガスを含むことができる。プロセスガスは、基板１０上に層を形成するためにスパッタされた物質と反応することができる酸素含有ガス及び窒素含有ガスの１種以上のような反応性ガスを含むこともできる。廃プロセスガスや副生成物は、廃プロセスガスを受容する１つ以上の排気ポート１７０を含む排気システム１６８を通ってチャンバ１０６ｂから排気され、チャンバ１０６ｂにおけるガスの圧力を制御するスロットルバルブ１７４がある排気コンジット１７２に廃ガスを移すことができる。排気コンジット１７２によって、１つ以上の排気ポンプ１７６に送り込まれる。典型的には、チャンバ１０６ｂにおけるスパッタリングガスの圧力は、大気圧未満レベルに設定される。
【００４１】
スパッタリングチャンバ１０６ｂは、更に、基板１０と向いたスパッタリングターゲット２１１を含んでいる。スパッタリングターゲット２１１は、図４Ｂに示される形状のような所望の形状を含むことができる。スパッタリングターゲット２１１は、ほぼ平面のスパッタリング表面をもつほぼ平面の形状を備えることもできる。スパッタリングチャンバ１０６ｂは、スパッタされた物質からチャンバ１０６ｂの壁２１８を保護するとともに、典型的には、カソードターゲット２１１についてアノードとしても働くシールド１２８を備えることもできる。シールド１２８は、電気的に浮動していても接地されてもよい。ターゲット２１１は、チャンバ１０６ｂから電気的に分離され、パルスＤＣ電源のようなターゲット電源２０１に接続されるが、他のタイプの電圧源であってもよい。一変形例においては、ターゲット電源２０１、ターゲット２１１、シールド１２８は、ターゲット２１１から物質をスパッタするためにスパッタリングガスを励起することができるガスエナジャイザー１８０として作動させる。ターゲット電源２０１は、シールド１２８に相対してターゲット２１１にバイアス電圧を印加する。スパッタリングターゲット２１１に印加された電圧からチャンバ１０６ｂ内に生成された電界は、ターゲットから、また、基板１０上に物質をスパッタさせるためにターゲット２１１上に励起的に衝突させ、それに衝突させるプラズマを形成するためのスパッタリングガスを励起させる。プロセスガスを励起させるためのパルスＤＣ電圧の適したパルス周波数は、例えば、少なくとも約５０ｋＨｚ、更に好ましくは約３００ｋＨｚ未満であり、最も好ましくは約１００ｋＨｚであってもよい。プロセスガスを励起させるために適したＤＣ電圧レベルは、例えば約２００〜約８００ボルトであってもよい。
【００４２】
チャンバ１０６ｂは、チャンバ１０６ｂのターゲット２１１近傍に磁界を生成して、ターゲット２１１に隣接した高密度プラズマ領域２２６におけるイオン密度を増加させて、ターゲット物質のスパッタリングを改善する、磁界ゼネレータ４０１を含むマグネトロン４０３を更に含んでいる。改善されたマグネトロン４０３は、例えば“回転スパッタマグネトロンアセンブリ”と称するＦｕの米国特許第６,１８３,６１４号、 “銅バイア充填のための集積化プロセス”と称するＧｏｐａｌｒａｊａらの米国特許第６,２７４,００８号に記載されるように、ターゲット衝突のために非反応性ガスの要求を最少にしつつ、銅の自己スパッタリング、又はアルミニウム、チタン又は他の金属のスパッタリングを持続させるために用いることができる。それらの特許は共に本明細書に全体で援用されている。
【００４３】
任意の熱処理チャンバ１０６ｃの実施形態は図４Ｂに示されている。熱処理チャンバは、プロセスゾーン４０８を封じるエンクロージャー壁４０７を備えている。熱処理ガスは、例えば、熱処理ガス源４３２や接続コンジット４３６を通って供給源から熱処理ガスを受容するガス分配器４３４を備えている、ガス分配システム４３０によってプロセスゾーン４０８に供給される。ガス分配システム４３０は、プロセスゾーン４０８へのガスフローを制御するためにフローメータ４３８を更に備えることができる。基板１０は、支持体４１０上のプロセスゾーン４０８に保持される。支持体４１０は、支持体４１０上に基板１０を保持させるために電気的にバイアスをかけ得る電極（図示せず）を任意に備えていてもよい。廃ガスや副生成物は、プロセスゾーン４０８からガスを受容する排気ポート４７７を含むことができる排気システム４４４を通ってチャンバ１０６ｃから排気され、チャンバ１０６ａにおけるガス圧を制御するスロットルバルブ４３５と、ターボ分子排気ポンプのような１つ以上の排気ポンプ４５２を含むこともできる。
【００４４】
加熱プロセスチャンバ１０６ｃは、所望の温度に基板１０を加熱するとともに基板１０を所望の温度で維持することができるヒータ１４２を有する温度制御システムを備えている。図４Ａに示されるような実施形態においては、ヒータ１４２は、基板１０の表面上に熱放射を送るように適合された加熱ランプ１４３のアレイ４４５を備えている。温度制御システム１４０は、支持体４１０における抵抗加熱素子又は熱交換流体を供給する熱交換コンジットのような１つ以上の他の加熱デバイスを備えることもできる。温度制御システム１４０は、基板１０の温度をモニタするとともにチャンバコントローラ３００に温度に関する信号を送る熱電対のような温度モニタを備えることもできる。
【００４５】
マルチチャンバ装置１０２は、図５に示されるように、ハードウェアインタフェース３０４を経てコントローラ３００によって作動させることができる。コントローラ３００は、例えば、カリフォルニア州のシナジーマイクロシステムズ社から市販されている６８０６４０マイクロプロセッサ、又はカリフォルニア州サンタクララのインテル社から市販されているペンティアムプロセッサのような中央プロセッサ装置（ＣＰＵ）３０６を有するコンピュータ３０２を備え、メモリ３０８と周辺コンピュータコンポーネントに結合されている。好ましくは、メモリ３０８は、例えば、ＣＤ又はフロッピードライブの交換可能記憶媒体３１０、例えば、ハードドライブの交換不可記憶媒体３１２、ランダムアクセスメモリ３１４を含むことができる。コントローラ３００は、例えば、アナログやデジタルの入力や出力のボードを含む複数のインタフェースカード、インタフェースボード、モータコントローラボードを更に備えることができる。オペレータとコントローラ３００間のインタフェースは、例えば、ディスプレイ３１６やライトペン３１８であり得る。ライトペン３１８は、ライトペン３１８の先端の光センサでモニタディスプレイ３１６によって出される光を検出する。具体的なスクリーン又は機能を選択するために、オペレータはモニタ３１６上のスクリーンの明示領域に触れ、ライトペン３１８でボタンを押す。典型的には、触れた領域は色が変わるか、又は新しいメニューが表示され、ユーザーとコントローラ３００間の情報が確認される。
【００４６】
一変形例においては、コントローラ３００は、例えば、交換不可記憶媒体３１２又は交換可能記憶媒体３１０のメモリ３０８に保存することができるコンピュータ読取り可能プログラム３２０を備えている。コンピュータ読取り可能なプログラム３２０は、通常は、例えば、チャンバ１０６ａ‐ｄとそれらのコンポーネント、搬送チャンバ１１７、ロボット１１９を作動させるプログラムコードを備えているプロセス制御ソフトウェア、チャンバ１０６ａ‐ｄで行われるプロセスをモニタするプロセスモニタリングソフトウェア、安全システムソフトウェア、他の制御ソフトウェアを備えている。コンピュータ読み取り可能なプログラム３２０は、従来の任意のコンピュータ読取り可能なプログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ＋＋又はＦｏｒｔａｎで書き込むことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを用いメモリ３０８のコンピュータ使用可能な媒体において保存又は具体化されたシングルファイル又はマルチファイル内に入力される。入力されたコードテキストが高級言語である場合には、コードはコンパイルされ、その後、得られたコンパイラコードがプリコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、ユーザーはオブジェクトコードを呼び出し、ＣＰＵ３０６がコードを読み込み実行させてプログラムで同定されたタスクを行う。
【００４７】
コンピュータ読取り可能なプログラム３２０の個々の実施形態の階層制御構造の説明的ブロックダイアグラムは、図１０に示されている。ライトペンインタフェースを用いて、ユーザーはＣＲＴターミナルに表示されたメニュー又はスクリーンに応答してコンピュータ読取り可能なプログラム３２０にプロセス設定とチャンバ番号を入力する。コンピュータ読取り可能なプログラムは、基板位置、ガスフロー、ガス圧、温度、ＲＦ電力レベル、、具体的なプロセスの他のパラメータ、チャンバプロセスをモニタするコードを制御するためのプログラムコードを含んでいる。プロセス設定は、指定されたプロセスを行うのに必要なプロセスパラメータの所定のグループである。プロセスパラメータは、ガス組成、ガス流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベルのようなガスエナジャイザー設定を含むがそれらに限定されないプロセス条件である。
【００４８】
プロセスシーケンサプログラムコード３２２は、コンピュータ読取り可能なプログラム３２０からチャンバの種類とプロセスパラメータの設定を受け入れ且つその動作を制御するプログラムコードを備えている。シーケンサプログラムコード３２２は、プロセスチャンバ１０６ａ‐ｄにおけるマルチプロセスタスクを制御するチャンバマネージャープログラムコード３２４に具体的なプロセスパラメータを移すことによりプロセス設定の実行を開始する。典型的には、プロセスチャンバプログラムコード３２４には、基板配置プログラムコード３２６、ガスフロー制御プログラムコード３２８、ガス圧制御プログラムコード３３０、温度制御プログラムコード３３２、ガスエナジャイザー制御プログラムコード３３４、プロセスモニタリングプログラムコード３３６が含まれている。
【００４９】
典型的には、基板配置プログラムコード３２６は、チャンバ１０６ａ‐ｄ内で支持体１１０、２３０上に基板１０を装填し、任意にチャンバ１０６ａ‐ｄ内で所望の高さに基板１０を持ち上げるために用いられるチャンバコンポーネントを制御するための指示を備えている。基板配置プログラムコード３３４は、マルチチャンバ装置１０２におけるチャンバ間で基板１０を搬送するために搬送チャンバ１１７内のロボット１１９を制御することもできる。ガスフロー制御プログラムコード３２８は、洗浄ガス、熱処理ガス又はスパッタリングガスのようなプロセスガスの異なる成分の流量を制御するための指示を備えている。ガスフロー制御プログラムコード３２８は、１つ以上のガスフローバルブ４１、１５８ａ、ｃ、４３６の開口サイズを調節してチャンバ１０６ａ‐ｃへの所望のガス流量を得る。
【００５０】
温度制御プログラムコード３３２は、基板１０の温度のようなチャンバ１０６ａ‐ｃ内の温度を制御するためのプログラムコードを備えている。例えば、温度制御プログラムコードは、支持体の抵抗加熱素子１１１のようなヒータ１４２に加えられる電流を制御するとともに温度センサーから信号をモニタして所望の温度を維持することによって洗浄チャンバ１０６ａにおける基板１０の温度を制御し得る。温度制御プログラムコードは、同様に、ヒータ１４２に加えられた電流を制御するとともに基板温度をモニタすることにより、別個の熱処理チャンバ１０６ｃにおいて基板１０の温度を制御することができる。ガスネナジャイザ制御プログラムコード３３４は、例えば、ガスを励起させるために印加された電力レベルを設定することにより、リモートガスエナジャイザー３７やスパッタリングガスエナジャイザ１８０のようなガスエナジャイザーを制御するための指示を備えている。プロセスモニタリングプログラムコード３３４は、チャンバ１０６ａ−ｃにおけるプロセスをモニタする、例えば、検出器２０２によってろ過されていない励起ガス及びろ過された励起ガスの１つ以上におけるイオン種とラジカル種の比率をモニタするための指示を備えている。圧力制御プログラムコード３３０は、例えば、スロットルバルブ１７４、１３５、４７７を制御することによって、チャンバ１０６ａ−ｃや搬送チャンバ１１７における圧力を制御するための指示を備えている。
【００５１】
一変形例においては、コントローラは、洗浄チャンバ１０６ａにおいて堆積物１２を基板１０上の最初の金属含有伝導帯１１６から洗浄し、基板１０をスパッタリングチャンバ１０６ｂに搬送し、且つ第二金属含有導体２１を洗浄された第一金属含有導体１６上に堆積させるために、洗浄チャンバ１０６ａ、スパッタリングチャンバ１０６ｂ、ロボット１１９を作動させるプログラムコードを備えている。コントローラ３００は、堆積物１２を洗浄する洗浄チャンバ１０６ａに基板１０を搬送する前に、最初の熱処理ステップを行う熱処理チャンバ１０６ｃを作動させるプログラムコードを任意に備えていてもよい。
【００５２】
コントローラ３００よって受容及び/又は評価されたデータ信号は、ファクトリオートメーションホストコンピュータ３３８に送信することができる。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３１８は、（ｉ）基板１０に行われたプロセス、（ｉｉ）基板１０全体に統計的関係で変化することができる特性、又は（ｉｉｉ）基板１０のバッチ全体に統計的関係で変化することができる特性の統計的プロセス制御パラメータを確認するために、いくつかのシステム、プラットフォーム又はチャンバ１０６ａ‐ｄからのデータと、基板１０のバッチについて又は長時間にわたるデータを評価するホストソフトウェアプログラム３４０を備えることができる。ホストソフトウェアプログラム３４０は、進行中のインサイチュプロセス評価又は他のプロセスパラメータの制御のデータを用いることもできる。適切なホストソフトウェアプログラムは、前述のアプライドマテリアルズ社から入手できるＷＯＲＫＳＴＲＥＡＭ(登録商標)ソフトウェアプログラムを備えている。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３３８は、更に、（ｉ）例えば、基板特性が不十分又は統計的に求められた数値の範囲内に入っていない、又はプロセスパラメータが許容範囲からそれている場合には、処理シーケンスから具体的な基板１０を取り出す；（ｉｉ）具体的なチャンバ１０６ａ−ｄにおけるプロセスを終わらせる、又は（ｉｉｉ）基板１０の適していない特性又はプロセスパラメータを求める際にプロセス条件を調節するための指示信号を送るように適合させることができる。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３３８は、ホストソフトウェア３４０によるデータの評価に応答して基板１０の処理の開始又は終了で指示信号を送ることもできる。
【００５３】
実施例
以下の実施例は、励起された水素含有ラジカルによって得られた改善された洗浄結果を示すものである。実施例においては、基板１０は、その上に低ｋ誘電体層が形成された銅導体１６を備えたものである。銅導体１６は、低ｋ誘電体層１８における特徴部２０まで露出したその上に酸化銅１２の層を有した。誘電体層のｋ値の変化は、Ｈｇプローブを用いて測定した。
【００５４】
実施例１
本実施例は、異なる厚さの低ｋ誘電体に対する従来の洗浄プロセスによるｋ値に対する影響を示すものである。従来の洗浄プロセスは、プロセスゾーンにおいて９５％のＨｅと５％のＨ2を含む洗浄ガスを供給すること；プロセスゾーンにおいて洗浄ガスに４５０ワットのＲＦ電力レベルを誘導結合させること；チャンバ圧を８０ｍＴｏｒｒに維持すること；１０ワットのバイアス電力レベルを印加すること含んだものである。基板１０を洗浄ガスに４０秒間晒した。以下の表１は、低ｋ誘電体層の厚さの関数としてｋ値の変化を示すものである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１は、低ｋ誘電体層１８の厚さが減少するにつれて洗浄された基板１０のｋ値の変化が増大することを示している。１５００オングストローム以下のような薄い膜厚でのｋ値の急な増加は、低ｋ誘電体層１８の上面１９が従来の洗浄プロセスによって最も激しく損傷される領域であるという事実によると考えられる。バルク誘電体層の厚さが減少するにつれて、この上面１９のキャパシタンスは層１８の全体のキャパシタンスに一層寄与する。従って、従来のプロセスは、低ｋ誘電体層１８を有する基板、特に厚さが約１５００オングストローム以下の低ｋ誘電体層１８を有する基板の十分な洗浄を与えることはできない。
【００５７】
実施例２
実施例２は、洗浄プロセスに対する種々のプロセスパラメータの影響を示すものである。これらの実施例においては、出発低ｋ誘電体層の厚さが１５００オングストロームである基板１０は、励起洗浄ガスがプロセスゾーンで形成され且つ洗浄ガスがイオン数を減少させるようにろ過されなかった従来の洗浄プロセスに供された。基板バイアス電力レベル、ガス励起電力レベル、ガス圧を含む種々のプロセスパラメータで多因子試験を行った。図６は、多因子条件下で処理された基板１０の低ｋ誘電体層の厚さの変化（Δｔ）とｋ値への変化（Δｋ）を示している。
【００５８】
図６は、基板バイアス電力レベルがｋ値の変化と低ｋ誘電体層１８の厚さの変化に対して強い影響を有し、しばしば低ｋ誘電体層１８からスパッタリングすることにより低下することを示している。ライン５０１と５０２が示すように、厚さの変化とｋ値の変化は、基板１０に印加されるバイアス電力レベルが上がるにつれて増大する。対照的に、ガス励起電力レベルと圧力はｋ値と厚さに強く影響するように見えない。ライン５０３と５０４は、増加するガス活性化電力レベルに対して、それぞれ厚さとｋ値の変化を示している。ライン５０５と５０６は、増加する圧力に対して、それぞれ厚さとｋ値の変化を示している。バイアス電力レベルが増加すると、イオン種による基板１０の衝撃が増加する。従って、このデータは、ｋ値の変化の主な要因の１つがイオン種による基板１０へ衝撃であることを示している。従って、改善された洗浄プロセスは、洗浄ガスからイオン種をろ過して基板１０の衝撃を減少させる。
【００５９】
実施例３
本実施例においては、洗浄ガス組成が異なる従来の洗浄プロセスから生じるｋ値の変化を評価した。基板１０は、厚さが１５００オングストロームの低ｋ誘電体層１８を含むプロセスで洗浄した。洗浄プロセスにおいては、表２に挙げた洗浄ガスをプロセスゾーンにおいてガスをエネルギーに結合することによって励起させた。第一洗浄プロセスにおいては、基板バイアス電力レベルは３００ワット、ガス圧は０.５ｍＴｏｒｒとした。第二洗浄プロセスにおいては、基板バイアス電力レベルは１０ワット、ガス圧は８０ｍＴｏｒｒとした。低ｋ誘電体層のｋ値の変化パーセントは、各洗浄プロセス後に測定した。洗浄プロセスの結果を、以下表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
このように、表２は、タイプの洗浄ガスの種類が異なる従来の洗浄プロセスは、ｋ値が付随し望ましくない増加をせずに基板１０の良好な洗浄をもたらすことができないことを示している。ｋ値の増加は、水素含有ガスをによる洗浄プロセスの３０％程度増加した。
Ａｒ洗浄ガスプロセスに対するｋ値変化パーセントは最も小さいが、Ａｒガスはｋ値の許容できない増加を生じる大きなバイアス電力レベルを印加せずに基板１０から金属酸化物をしばしばほとんど洗浄しない。
【００６２】
実施例４
本実施例においては、多数の水素ラジカル含有種を供給して基板１０から金属酸化物を洗浄することによる比較的穏やかな洗浄プロセスにより基板１０を洗浄した。比較的穏やかな洗浄プロセスは、遠隔ゾーンにおいて励起された水素含有ガスを形成し、ガスにおけるイオン種の数を減少させるとともに多くの水素ラジカル含有化学種を供給するために石英表面６０上に励起ガスを通すことにより励起ガスをろ過することを必要とした。基板１０は、厚さが１５００オングストロームの低ｋ誘電体層１８を備えたプロセスで洗浄した。洗浄ガスは３０００ｓｃｃｍのＨ2を含み、洗浄プロセスは以下の表３に挙げたガス励起電力レベルと温度で４０秒間行った。誘電体層１８のｋ値の変化を測定し、表３に示す。
【００６３】
【表３】
【００６４】
このように、表１、２、３の比較は、冷機洗浄ガスが多くの水素含有ラジカルを含む洗浄プロセスが、結果としてｋ値の変化がかなり減少するので、ろ過せずにガス中のイオン種の数を減少させるプロセスより洗浄ガスが改善することを示している。イオン種をろ過しない従来の洗浄プロセスにより、イオン種の数が減少した洗浄ガスプロセスに対するｋ値の変化パーセントより２０倍ほど、３０倍さえもあり得るｋ値の変化パーセントが得られる。従って、低ｋ誘電体層を有する基板１０の洗浄改善は、励起水素含有ガスをろ過してガス中のイオン種の数を減少させることにより得ることができ、それにより処理された基板１０の品質を改善するとともに厚さが薄い誘電体層１８を本質的に層を損傷させずに洗浄させることを可能にする。
【００６５】
実施例５
本実施例は、水素含有ラジカル種を含む励起された洗浄ガスによる基板の洗浄において温度の重要性を示すものである。厚さが１５００オングストロームの低ｋ誘電体層を備えた基板１０を、１４００ワットのマイクロ波電力レベルを印加することによりリモートソース３５において３０００ｓｃｃｍのＨ2と３０ｓｃｃｍのＨ2Ｏを含む洗浄ガスを励起することによって洗浄した。基板１０の温度は、以下表４に示されるように、洗浄される各基板１０について変化させた。ｋ値を洗浄前後に測定し、ｋ値の変化パーセントを求めた。ｋ値は、洗浄後約３であった。ウェハとウェハ間の変化によるノイズや洗浄される基板が比較的少ないことから、測定されたｋ値の変化が実際の変化より大きくなり、上記表３に示されたものより大きくなることは留意すべきである。しかしながら、表４は温度の増加によるｋ値の増加の一般傾向を示している。
【００６６】
【表４】
【００６７】
洗浄された基板の反射率も測定され、反射率パーセントについて図７において基板温度増加をグラフにした。高い反射率は、より多くの未変性酸化物が銅導体１６の表面１４から除去されたことを示している。ライン５０７は、洗浄プロセス前の平均反射率であり、ライン５０８は洗浄プロセス後の平均反射率であり、ライン５０９とライン５１０はそれぞれ洗浄プロセス前後の反射率測定の標準偏差パーセントである。このように、基板１０の良好な洗浄プロセスは高い温度で得られるが、良好な洗浄プロセスが８０℃の低い基板温度でもなお得られることをグラフは示している。従って、表４と図７のグラフは、良好な洗浄プロセス結果が水素含有ラジカルによる洗浄で得ることができることを示し、また、温度が低ｋ誘電体層のｋ値を過度に上げることなく最適な洗浄を与えるように慎重に選ぶべきであることを示している。
【００６８】
実施例６
本実施例は、熱処理ステップを行うことによって得ることができる改善された結果を示すものである。本実施例においては、Ｈ2ガスフローを供給しつつ、銅導体１６と低ｋ誘電体層１８を備えている基板１０を少なくとも約１００℃の温度に基板を加熱することを含む熱処理プロセスで処理した。その後、熱処理基板１０をろ過された水素含有ラジカル種を含む遠隔励起ガスによる洗浄プロセスにおいて洗浄して堆積物１２を銅導体１６の表面１４から除去した。その後、洗浄された表面１４上に窒化タンタル層を含む第二金属含有導体２１を堆積させるために堆積プロセスを行った。銅と窒化タンタル相互接続特徴部２０の電気抵抗について、図８におけるライン６００に示されるように、基板１０全体の特徴部２０を測定した。
【００６９】
熱処理結果を比較するために、基板１０を、熱処理ステップを含めずに処理し、基板１０全体の特徴部２０の電気抵抗を測定した。一プロセスにおいては、基板１０上に窒化タンタル層を堆積する前に、別個の熱処理ステップを含めずにろ過された水素含有ラジカルを含む遠隔励起ガスによって基板１０を洗浄し、その結果はライン６０２で示されている。他のプロセスにおいては、前洗浄又は熱処理ステップを行わずに窒化タンタル層を基板１０上に堆積し、その結果はライン６０４で示されている。
【００７０】
図８は、接触抵抗の低い基板２０全体の特徴部２０の割合は、洗浄し基板上に物質を堆積する前に熱処理ステップで処理された基板については非常に高いことを示している。図８は、抵抗測定値以下の抵抗を有する特徴部の割合を示すグラフであり、測定された抵抗値はグラフのｘ軸上に示され、特徴部の割合はグラフのｙ軸上に示されている。ライン６００に示されるように、熱処理ステップは、基板全体の約９５％より大きい特徴部２０について約１オーム/特徴部未満の抵抗を与える。対照的に、熱処理せずに処理された基板１０は、抵抗が約１オーム/特徴部未満である特徴部２０が約５％未満である。
【００７１】
実施例７
本実施例は、更に、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによって得られた改善された洗浄結果を示すものである。炭素含有残留物のような堆積物１２を洗浄する洗浄ガスの能力を求めるために、フォトレジスト層を含む基板１０を、水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスに晒した。これらの基板のフォトレジスト除去速度を測定し、従来の洗浄ガスに晒された層フォトレジストを有する基板１０のフォトレジスト除去速度と比較した。図９は、バー７００に示される水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスのフォトレジスト除去速度と、バー７０２に示される従来の洗浄ガスのフォトレジスト除去速度を示している。図９が示すように、フォトレジスト除去速度は、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスにより約３倍速いので、この洗浄ガスは従来の洗浄ガスより洗浄結果を著しく改善する。
【００７２】
実施例８
本実施例は、また、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによって得られた改善された洗浄結果を示すものである。本実施例においては、図１０のライン７０４で示されるように、その上に未変性酸化物膜１２を備えた金属含有導体１６を有する基板１０の反射率を測定した。その後、水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスに基板１０を晒すことにより基板１０を洗浄し、洗浄された基板１０の反射率を図１０のライン７０６に示されるように測定した。洗浄された基板１０の反射率は基板１０全体で約１２０％に近く、洗浄されていない基板１０の約４０％の比較的低い反射率に比較して、未変性酸化物１２のほぼ完全な除去が示された。従って、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄によって、基板１０上の金属含有導体１６の表面の良好な洗浄が得られる。
【００７３】
実施例９
本実施例においては、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスにより洗浄された特徴部２０の抵抗減少を示したものである。改善された抵抗を示すために、金属含有導体１６を備えた特徴部２０を有する基板を、続いての金属含有導体を堆積し複数の特徴部２０を接続した相互接続構造を形成する前に、水素含有ラジカルを含むガスで洗浄した。その後、オーム/構造の相互接続構造の抵抗を試験し、図１１のライン７０８で示されるように、測定された抵抗値と測定された抵抗を有する相互接続構造のパーセントをグラフにした。洗浄ステップを含まずに形成された相互接続特徴部の抵抗を測定し、図１１のライン７０９としてグラフにした。このように、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄プロセスによって、洗浄せずに形成された相互接続構造より抵抗が低い相互接続構造の割合が高くなった。
【００７４】
実施例１０
本実施例においては、キャパシタンスに対するろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄プロセスの影響を測定した。その上に続いての金属含有導体を堆積して相互接続構造を形成する前に、金属含有導体１６を有する基板１０を洗浄して堆積物を除去した。その後、図１２のライン７１０で示されるように、処理された基板によって形成されたキャパシタのキャパシタンスを測定した。図１２のライン７１２で示されるように、洗浄結果を、洗浄ステップを含めずに処理された基板上のキャパシタのキャパシタンスと比較した。このように、図１２が示すように、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄プロセスは、基板１０上の構造のキャパシタンスをほとんど変化させない。従って、誘電体層のｋ値に対する洗浄プロセスの影響は、望ましく最少であると考えられる。
【００７５】
本発明の例示的実施形態が図示され説明されるが、当業者は本発明を組込み、また、本発明の範囲内にある他の実施形態を講じることができる。例えば、当業者に明らかであるように、チャンバ１０６ａは特に記載された以外のコンポーネントを備えることができる。更に、下に、上に、底面、上面、上へ、下へ、第一、第二という用語、及び他の相対的又は位置の用語は、図面における例示的実施形態に関して示され、置き換えることができる。それ故、添付の特許請求の範囲は、本発明を具体的に説明するために本明細書に記載された好適な変形例、物質、又は空間的配置の説明に制限されるべきでない。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 基板
１２ 堆積物
１４ 表面
１６ 導体
１８ 低ｋ誘電体層
２０ 特徴部
３０ リモートゾーン
３５ リモートソース
４０ リモートチャンバ
５０ イオンフィルタ
５２ グリッド
５４ 開口
６２ コンジット
７０ ガス分配器
７２ ガス分配プレート
１００ プロセスチャンバ
１０２ 装置
１０６ チャンバ
１０８ プロセスゾーン
１１０ 基板支持体
１１７ 搬送チャンバ
１１９ ロボット
１２８ シールド
１２９ 流出口
１３０ ガス供給源
１４０ 温度制御システム
１４２ ヒータ
１４４ 排気システム
１６８ 排気システム
１７０ 排気ポート
１７４ スロットルバルブ
２１１ ターゲット
【技術分野】
【０００１】
本出願は、アプライドマテリアルズ社に共同譲渡されたＷｏｏｄらの２００３年２月１３日出願の米国仮特許出願第６０/４４７,３７２号からの優先権を主張する。その出願の開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【背景技術】
【０００２】
半導体又はディスプレイのような基板処理においては、基板上に物質が堆積され、エッチングされて、導電性相互接続部、コンタクト及びバイアを形成する。例えば、電気相互接続ラインのパターンは、基板上に金属含有導体を堆積し、導体上に抵抗パターンを形成し、導体をエッチングして相互接続ラインを形成し、その後、エッチングされた相互接続ライン上に誘電体層を堆積させることによって形成され得る。誘電体層は、下にある金属含有導体物質又は他の基板領域をそれぞれ露出させるコンタクトホール又はバイアを形成するために更にエッチングすることもできる。その後、導電性物質がエッチングされたホールに堆積されて下にある導体と電気的に接触する。例えば、銅含有相互接続部形成においては、誘電体層は、下にある銅導体物質を露出するコンタクトホールを形成するためにエッチングされ得る。その後、少なくとも部分的にコンタクトホールを充填する続いての銅電気めっきプロセスを容易にするために、コンタクトホールの露出した銅導体物質と表面上に銅のシード薄層を堆積させることができる。
【０００３】
しかしながら、金属含有導体物質は、続いてのプロセスステップを行うことができる前に洗浄を必要とする物質の堆積物を含み得る。例えば、堆積物は、中間物プロセスステップ中に導体が酸素化学種に晒される場合に形成する未変性酸化物膜を含み得る。未変性酸化物膜は、酸素含有ガスプラズマが残留抵抗を取り除くために用いられるレジストストリッピングプロセスにおいてしばしば生じる。また、未変性酸化物は、エッチングステップ、ストリッピングステップ、洗浄プロセスステップ間のような異なるプロセスチャンバ間に基板を搬送するときに形成し得る。露出した導体表面と続いて堆積された導電性物質との間の接触界面では電気抵抗が増大することから、未変性酸化物膜が望ましくない。堆積物は、また、以前のプロセスステップから残存している他のプロセス堆積物、例えば、カーボン含有残留物、シリコン含有残留物、フッ素含有残留物、窒素含有残留物を含むことができる。また、例えば、露出物質と堆積物質間の界面にボイド又は不規則性を形成することによる、露出した導体表面上に導電性物質の堆積に不利に影響し得ることから、堆積物は望ましくない。
【０００４】
未変性酸化物膜は、露出した導体表面上に導電性物質を堆積する前に行われる“前洗浄”プロセスにおいて金属含有導体から除去することができる。典型的な前洗浄プロセスにおいては、金属含有導体の露出した表面は、励起されたアルゴンイオンを基板に物理的に衝撃を加えて膜をスパッタするアルゴンプラズマによって洗浄される。しかしながら、励起されたイオンに適用される正確なエネルギーレベルを求めることは難しい。過度のイオンエネルギーは下にある金属をスパッタすることができ、エネルギーレベルが低すぎると基板上に膜を残留させ得る。膜は、また、例えば、Ｃｏｈｅｎらの米国特許第６,３４６,４８０号に記載されるように、例えば、水素のような励起された還元ガスを用いて洗浄することもでき、膜と化学的に反応させて膜中の酸化物を揮発性ヒドロキシルと水蒸気に還元する。その特許の開示内容は本明細書に全体で援用されている。しかしながら、還元剤は周囲の物質に対して不利な化学作用を有することがあり、例えば、水素化学種は露出した金属と化学反応して金属水素化物を形成し、露出部の導電性に再び望ましくない影響を及ぼす。
【０００５】
従来の洗浄プロセスは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって製造された、例えば、ＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄ(登録商標)、低ｋオキシ炭化シリコンのような低ｋ（低誘電率）物質によって取り囲まれた金属含有表面を洗浄するのに特に適していない。このような洗浄プロセスにおいて、洗浄ガスは低ｋ物質と反応して誘電値を変化させる。例えば、Ｏ2、Ｏ2/Ｎ2、Ｏ2/Ｈ2Ｏ、Ｏ2/Ｎ2/Ｈ2Ｏ、Ｏ2/ＣＦ4及びＯ2/ＣＦ4/Ｈ2Ｏのような洗浄ガスの組合せを用いた従来の洗浄プロセスは、低ｋ誘電体のｋ値を約２.７のｋ値から酸化シリコンのｋ値と同様の約４.０の高いｋ値に上げることができる。これらのプロセスにおいて生成されたイオン、及び水素イオンやヘリウムイオンのような特に“軽”イオンが低ｋ物質に深く浸透し膜の構造を損傷させ得ることから、低ｋ物質は、少なくとも一部にはこれらの洗浄プロセスの損傷を特に受けやすいと考えられる。低ｋ誘電体は性能と速度を改善するために半導体デバイスに頻繁に用いられているので、誘電率値に不利に影響せずにこれらの基板を効果的に洗浄することができるプロセスを有することが望ましい。
【０００６】
従って、清浄な導電性表面上に未変性酸化物の形成又は他の汚染物質堆積物を表面上に形成することなく金属含有物質を堆積させることが望ましい。更に周囲の物質に不利に影響することなく導体を洗浄することができることが望ましい。例えば、基板上の周囲の低ｋ誘電材料のｋ値を変化させることなく金属含有導体から未変性酸化物膜を洗浄することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
基板洗浄装置は、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第一比率を含む遠隔励起ガスを形成するために水素含有ガスを励起させるリモートソースを有する。洗浄装置は、また、基板支持体、遠隔励起ガスをろ過して、第二比率が第一比率と異なる、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有するろ過励起ガスを形成するイオンフィルタ、チャンバ内にろ過励起ガスを導入するガス分配器を有するプロセスチャンバを有する。
【０００８】
一変形例においては、基板洗浄装置は、遠隔励起ガスをろ過してろ過励起ガスを形成することを援助する石英ガス分配プレートと石英チャンバライナを備えている。
【０００９】
装置内の基板を洗浄するために、基板は装置のプロセスゾーンに配置される。遠隔ゾーンにおいて、エネルギーは水素含有ガスに結合してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第一比率を有する遠隔励起ガスを形成する。遠隔励起ガスをろ過して第一比率と異なるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有するろ過励起ガスを形成し、ろ過励起ガスがプロセスゾーンに導入されて基板を洗浄する。
【００１０】
装置の他の変形例は、基板から堆積物を洗浄することも基板上に金属含有導体を堆積することもできるものである。この装置においては、洗浄チャンバは、洗浄チャンバ内で約１０ｍＴｏｒｒ未満の圧力を維持する排気システムを含んでいる。装置は、また、基板支持体を有する堆積チャンバ、基板支持体に向いているスパッタリングターゲット、スパッタリングチャンバにガスを導入するガス分配システム、ガスを励起して基板上のターゲットから物質をスパッタするガスエナジャイザー、堆積チャンバからガスを排気する排気システムを有する。搬送チャンバは、洗浄チャンバからスパッタリングチャンバに基板を搬送させるロボットを有する。搬送チャンバは、基板を約１０ｍＴｏｒｒ未満の低圧環境で維持することができるエンクロージャーと低圧環境を維持する搬送チャンバからガスを排気する排出口を有する。コントローラは、洗浄チャンバ、スパッタリングチャンバ、基板上の第一金属含有導体から堆積物を洗浄し、その後、基板をスパッタリングチャンバに搬送して洗浄された第一金属含有導体上に第二金属含有導体を堆積させるロボットを作動させる。
【００１１】
一変形例においては、下にある金属含有導体を露出する特徴部がその中に形成された誘電物質を有する基板から堆積物を洗浄するための方法が提供される。該方法は、熱処理ステップと洗浄ステップとを含んでいる。熱処理ステップにおいては、基板温度を少なくとも約１００℃に維持しつつ、基板は水素含有ガスに晒される。洗浄ステップにおいては、基板は遠隔励起ガス、水素含有ラジカル種を有する遠隔励起ガスに晒されて基板を洗浄する。
【００１２】
基板から堆積物を洗浄するとともに熱処理プロセスを行う装置の一変形例においては、装置は熱処理チャンバと洗浄チャンバを有する。熱処理チャンバは、基板支持体、基板を加熱するヒータ、チャンバに水素含有ガスを導入するガス搬送システム、熱処理チャンバからガスを排気する排気システムを有する。洗浄チャンバは、基板支持体、水素含有ガスを遠隔励起してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第一比率を含む励起ガスを形成するリモートソース、チャンバに遠隔励起ガスを導入するガス分配器、遠隔励起ガスをろ過して第二比率が第一比率と異なるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の第二比率を有するろ過された励起ガスを形成するイオンフィルタ、洗浄チャンバからガスを排気する排気システムを有する。装置は、また、熱処理チャンバから洗浄チャンバに基板を搬送するロボットを有する搬送チャンバ、真空環境で基板を維持することができるエンクロージャーを有する搬送チャンバ、搬送チャンバからガスを排気して真空環境を維持するために排出口を有する。装置は、また、熱処理チャンバ、洗浄チャンバ、熱処理チャンバ内で基板を処理するとともに基板を洗浄チャンバに搬送して基板上の金属含有導体から堆積物を洗浄するロボットを作動させるコントローラを有する。
【００１３】
本発明のこれらの特徴、態様、及び利点は、本発明の例を示す、以下の説明、添付された特許請求の範囲、次の図面に関してより良く理解される。しかしながら、特徴の各々は、単に特定の図面に関連するのでなく、一般に本発明に使用し得ることは理解されるべきであり、本発明はこれらの特徴のあらゆる組み合わせを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、基板が金属含有導体と低ｋ誘電体層を有する、様々な処理段階における基板の実施形態の部分断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、イオンフィルタを含む洗浄装置の実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ガス分配プレート上に取り付けられたワイヤグリッドの実施形態の部分平面図である。
【図３】図３は、マルチチャンバ装置の実施形態の部分平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、熱処理チャンバの実施形態の部分断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、スパッタリングチャンバの実施形態の部分断面図である。
【図５】図５は、コンピュータ読取り可能プログラムを含む説明的コントローラブロック図である；
【図６】図６は、増加する基板バイアス電力レベル、ガス励起電力レベル、圧力に対する厚さの変化と低ｋ誘電体層のｋ値変化を示すグラフである。
【図７】図７は、基板洗浄プロセス後の増加する基板温度に対する反射率と反射率パーセントの標準偏差のグラフである。
【図８】図８は、増加する接触抵抗値に対して測定した接触抵抗を有する基板上の特徴部パーセントのグラフである。
【図９】図９は、洗浄プロセスのフォトレジスト除去割合を示す比較図である。
【図１０】図１０は、基板洗浄プロセス前後の基板全体に測定された反射率パーセントのグラフである。
【図１１】図１１は、増加する抵抗値に対して測定した抵抗を有する基板上に相互接続構造のパーセントのグラフである。
【図１２】図１２は、増加するキャパシタンス値に対して測定したキャパシタンスを有する基板上のキャパシタのパーセントのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
洗浄プロセスは、基板１０上の金属含有導体１６の表面１４を洗浄するために行われる。例えば、洗浄プロセスは、酸素含有環境に表面を晒すことから形成された未変性酸化物膜１２のような表面１４上に形成された堆積物１２を除去するのに有効である。堆積物１２は、例えば、炭素、窒素、フッ素、シリコンを含有する残留物のような前のプロセスステップにおいて形成されたプロセス残留物、更に、高分子残留物さえも含み得る。洗浄プロセスは、例えば、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、又はその合金又は化合物を含む金属含有導体１６の表面１４を洗浄することができる。金属含有導体１６を含む基板１０の実施形態は、図１Ａ-図１Ｄに示されている。基板１０は、下にある金属含有導体１６を含み、その上に低ｋ誘電体層１８が形成されている。低ｋ誘電体層１８は、ｋ値が約２.０〜約３.０のような約３.０未満、更にｋ値が約２.７未満もの誘電体物質を含んでいる。例えば、適した低ｋ誘電体層は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって製造されたＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄ(登録商標)、低ｋオキシ炭化シリコンを含むことができる。他の適した低ｋ誘電体層は、シリコンと酸素、炭素、水素及び他の元素の少なくとも１種との組合わせを含むことができる。誘電体層１８は、図１Ａと図１Ｂに示されるように、堆積物１２を有する金属含有導体１６の表面１４を露出させる特徴部２０を含んでいる。洗浄プロセスは、図１Ｃ及び図１Ｄに示されるように、堆積物１２を金属含有導体１６の表面１４から除去して洗浄された表面１４と続いての基板１０上に堆積される物質間に良好な電気接触を可能にする。
【００１６】
改善された洗浄プロセスが、水素含有ラジカルを含む励起された洗浄ガスに基板１０を晒すことを含むことが見出された。水素含有ラジカルは、１つの不対電子を有するので、非常に化学的に反応性であるが、正電荷又は負電荷をもたない水素含有化学種、例えば、水素原子（Ｈ・）、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）、窒素含有ラジカル（ＮＨ2・、ＮＨ3・）、メチルラジカル（ＣＨ3・）のような炭素含有ラジカルである。水素含有ラジカルは、未変性酸化物のような堆積物１２の酸素成分と化学的に反応することによって比較的緩やかな洗浄プロセスを与えて排気され得る揮発性のヒドロキシルや水蒸気を形成し、それにより堆積物１２が金属含有導体１６の表面１４から除去されると考えられる。従って、励起された水素含有ラジカルは、堆積物１２と特に相互作用し、周囲の低ｋ誘電体層１８の構造を望ましく損傷する。例えば、水素含有ラジカル洗浄プロセスの層１８のｋ値の増加は、約０.１未満、更に約０.０５未満でさえあってもよい。
【００１７】
対照的に、正電荷又は負電荷を有する水素含有化学種である水素含有イオンはしばしば基板１０エネルギー的に衝突するので、低ｋ誘電体層１８の構造を過度に損傷させるとともに層１８のｋ値を増加させ得る。従って、改善された洗浄プロセスは、水素含有ラジカルを含み、ほとんど水素含有イオンを含まない励起ガスに基板１０を晒すことが望ましい。例えば、励起洗浄ガスにおける水素含有ラジカルと水素含有イオンの適切な比率は、少なくとも約１０,０００：１であってもよい。
【００１８】
励起洗浄ガスは、例えば、一つ以上のＨ2、Ｈ2Ｏ、ＮＨ3及びＳｉＨ4の１種以上の適切な水素含有ガスにエネルギーを結合することによって形成される。多くの水素含有ラジカルを形成するために、洗浄ガスは大部分の水素含有ガス成分を含むことが望ましい。例えば、洗浄ガスは、少なくとも約８０％容積の水素含有ガス、少なくとも９０％容積でさえ、例えば、９０％容積のＨ2を含み得る。適切な容量流量の水素含有ガスは、約１００ｓｃｃｍ〜約５リットル/分であってもよい。Ｈ2Ｏを供給すると、励起ガスにおける水素含有ラジカルの形成を促進させることができ、チャンバ１０６ａにおける部品の腐食を減少させることもできることが見出された。例えば、洗浄ガスは、約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏ、例えば、約１％〜約５％容積のＨ2Ｏを含むことができる。従って、一変形例においては、洗浄ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍのＨ2、約３００〜約６００ｓｃｃｍのＨ2、約０〜約１０ｓｃｃｍのＨ2Ｏ、例えば、約１〜約５ｓｃｃｍのＨ2Ｏを含むことができる。
【００１９】
一変形例においては、洗浄ガスは窒素含有ガスを含んでいる。例えば、洗浄ガスは、水素ラジカルと窒素ラジカルの双方を得るために解離するガス組成物を含むことができる。窒素を含む適切な洗浄ガス組成物の例としては、（ｉ）ＮＨ3、（ｉｉ）ＮＨ3とＨ2Ｏ、（ｉｉｉ）Ｎ2とＨ2、（ｉｖ）Ｎ2と、Ｈ2と、Ｈ2Ｏ、（ｖ）ＮＨ3と、Ｈ2ＯとＨ2を挙げることができる。一変形例においては、洗浄ガスは、約８０％〜約１００％容積のＨ2、約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏ、約１％〜約２０％容積のＮＨ3を含んでいる。洗浄ガスは、また、層１８からエッチングされた炭素を補充するために炭素源を供給することにより低ｋ誘電体層１８を保護するために炭素含有ガスを含むことができる。適した炭素含有ガスの例としては、ＣＯ、ＣＨ4、ＣＯ2及びＣ2Ｈ6の少なくとも１種を挙げることができる。洗浄ガスは、また、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ及びＮｅの少なくとも１種のような追加ガスを含むこともできる。
【００２０】
洗浄ガスは、例えば、図２Ａに示されるように、遠隔ゾーン３０においてガスにエネルギーを結合することによって励起させることができ、それにより、励起されたイオン種とラジカル種を含む遠隔励起ガスが形成される。遠隔ゾーン３０は洗浄チャンバ１０６ａのプロセスゾーン１０８から離れた適切な距離に位置し、遠隔ゾーン３０で形成された励起イオン種の多くがプロセス領域１０８に到達する前に再結合する。ラジカル種は頻繁に再結合せず、平均寿命が同じ距離でイオン種より長いので、遠隔ゾーン３０において励起ガスを形成すると、プロセスゾーン１０８に搬送すべきラジカル種の数が多くなり、イオン種が少なくなることが可能である。遠隔ゾーン３０は、プロセスゾーン１０８から距離ｄに配置され、距離ｄ全体の遠隔励起ガスの行程、例えば、遠隔ゾーン３０からガス分配プレート７２までが、ガスをろ過してイオン種の数が減少し、且つラジカル種の数とイオン種の数の比率が高い、励起ガスになる。洗浄チャンバ１０６ａのプロセスゾーン１０８から遠隔ゾーン３０の適切な距離は、例えば、少なくとも約１.５インチ（３.８ｃｍ）、例えば、約１インチ（２.５ｃｍ）〜約４インチ（１０ｃｍ）であってもよい。
【００２１】
その後、活性洗浄ガスは、遠隔励起ガスをろ過するイオンフィルタ５０を通過させて遠隔ゾーン３０で形成された化学種の比率と異なるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の比率を有するろ過された励起ガスを形成する。望ましくは、イオンフィルタ５０が励起洗浄ガスにおけるイオン種の数を減少させて、遠隔ゾーン３０で形成されたろ過されていない励起ガスの比率より低いろ過ガスにおけるイオン種とラジカル種の比率を得る。ろ過された励起ガスにおけるイオン種とラジカル種の比（Ｒf）は、少なくとも約１：１００、例えば、少なくとも１：５００、少なくとも約１：１０,０００だけろ過されていない比（Ｒl）より少なくすることができる。ろ過されていない比率（Ｒ1）値は、ろ過された比率（Ｒf）の少なくとも約１００倍、例えば、ろ過された比率の少なくとも約５００倍、ろ過された比率の少なくとも約１０,０００倍さえであってもよい。例えば、ろ過された比率は、Ｒf＝（Ｒf/Ｒ1）・Ｒ1に等しくなることができる。ここで、ろ過された比率はＲf＝Ｉf/Ｎfであり、ろ過されていない比率はＲ1＝Ｉ1/Ｎiであり、ｌfとｌ1はそれぞれろ過されたガスとろ過されていないガスのイオン数であり、ＮfとＮiはそれぞれろ過されたガスとろ過されていないガスのラジカル種の数がである。イオン種とラジカル種の数によって記述されると、ろ過された比率はＲf＝（ｌf/Ｎf）（Ｎi/ｌi）・Ｒiと等しい。ろ過されたガスとろ過されていないガスにおけるラジカル種の数がほぼ同じであることを前提とすると、即ち、ラジカルの数は約２０％未満だけ変化し、そのときＮfはＮiに等しく、これらの因子は方程式から取り消され、Ｒf＝（ｌf/ｌi）Ｒiに等しいろ過された比率が残る。そのようにろ過された比率は、ろ過されたイオンの数とろ過されていないイオン数の比率（ｌf/ｌi）とほぼ等しい倍率だけ減少したろ過されていない比率に等しくなることができ、望ましくは、約１：１００未満、例えば、約１：５００未満、約１：１０,０００未満もの比である。このように、基板１０を洗浄するために励起された洗浄ガスにラジカル種が残ることを可能にしつつ、イオンフィルタ５０がさもなければ低ｋ誘電体層１８８に損傷を与えることができる励起ガスからイオン種を除去する。
【００２２】
所望された比率が得られたかを求めるために励起ガスにおけるイオン種とラジカル種の相対比率を検出するいくつかの方法がある。プラズマ放射を用いた水素ラジカルの相対量は、例えば、６５６ｎｍで水素放出スペクトルの強度を検出することによってモニタすることができる。励起ガスにおける水素ラジカルの相対量は、通常水素放出ラインの強度に比例するので、放出ライン強度が高いほど水素ラジカル相対濃度が高いことが示される。励起ガスにおける水素イオンの相対量は、例えば、基板支持体１１０のＤＣバイアスの変化を測定することによって測定することができる。支持体１１０上に衝突させ帯電するプラズマの水素の数は、支持体１１０で測定されたＤＣバイアスに比例している。このように、支持体１１０で測定されたＤＣバイアスと水素放出ライン強度の比率によって、励起されたガスにおけるイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種の比率を概算することができる。水素イオン濃度は、先端に衝突したイオンによって与えられる電荷からのイオン電流フラックスのようなパラメータを測定するために励起されたガスに挿入される導電性プローブの先端を備えているラングミュアプローブで測定することができる。ラングミュアプローブの例は、Ｃａｒｌｉｌｅらの米国特許第５,３３９,０３９号に記載され、この開示内容は本明細書全体で援用されている。
【００２３】
水素放出強度の１つ以上、ＤＣバイアス、ラングミュアプローブ又は他の方法を用いてラジカル種及びイオン種の少なくとも１種の相対量と濃度を測定することができる検出器２０２が設けられる。検出器２０２は、その領域におけるイオン及びラジカルの少なくとも１種の濃度を測定するためにチャンバ１０６と装置１０２の異なる領域に位置させることができる。検出器２０２は、ろ過されていない励起ガスのラジカル及びイオンの１種以上の量を検出するために遠隔チャンバ４０内又はその周りに位置させることができる。例えば、ろ過されていない励起ガスのイオンの検出濃度は、約１０11〜約１０12イオン/ｃｍ3オーダーであってもよい。検出器２０２は、ろ過されたガスにおけるイオン及びラジカルの１種以上の量を検出するために、例えば、プロセスゾーン１０８近傍にチャンバ１０６の周りに位置させることもできる。例えば、ろ過された励起ガスにおけるイオンの検出濃度は、約１０8〜約１０9イオン/ｃｍ3オーダーであってもよい。従って、装置１０２の異なる領域におけるイオン種及びラジカル種の少なくとも１種の数は、ろ過されたガスとろ過されていないガスにおけるイオン種とラジカル種の相対量を求めるために検出器１０２によって測定することができる。
【００２４】
一変形例においては、イオンフィルタ５０は、図２Ａと図２Ｂに示されるように、励起洗浄ガスが通過することができるその中に開口５４を有する導電性ワイヤグリッド５２を備えている。ワイヤグリッド５２は電気的に接地し得る（図示されるように）のでグリッド５２上に衝突したイオン種からの電荷がグリッド５２を通って接地電位に伝わり、それによって帯電イオン種が励起洗浄ガスから除去される。ワイヤグリッド５２は、帯電されたイオン種に反発する電位ゾーンを生じるように任意にバイアスをかけることもできる。ワイヤグリッド５２は、それを通る良好なガスフローを可能にするのに十分に高い開口５４の面積とワイヤグリッド５２の面積比、例えば、約１０：１〜約１：１０の比、少なくとも１：１さえも含んでいる。ワイヤグリッド５２は、例えば、モリブデン、チタン、ニッケルクロム合金及びアルミニウム合金の少なくとも１種の適切な導電性物質を含んでいる。
【００２５】
ワイヤグリッド５２は、例えば、プロセスゾーン１０８上の遠隔ゾーン３０と基板１０間の活性洗浄ガスの流路内に配置されている。一変形例においては、図２Ａと図２Ｂに示されるように、ワイヤグリッド５２は、プロセスゾーン１０８に遠隔ゾーン３０から受容した励起洗浄ガスを分配するガス分配プレート７２上に取り付けられている。ワイヤグリッド５２はガス分配プレート７２上に取り付けられ、ワイヤグリッドにおける開口５４は、ワイヤグリッド５２とガス分配プレート７２を通って励起洗浄ガスフローを可能にするためにガス分配プレート７２におけるアパーチャ７１と一致している。ワイヤグリッド５２は、ガス分配プレート７２の上面７３上に取り付けられ、ワイヤグリッド５２の腐食を抑制するために図２Ａに示されるようにガス分配プレート７２に少なくとも部分的に埋込まれることさえもできる。ガス分配プレート７２は、アルミナ、サファイア、シリカ及び石英の少なくとも１種のような誘電性物質、シリコン、アルミニウム及び炭化シリコンのス１種のような導電性物質を含むこともできる。ワイヤグリッドは、更に又は或いは、ガス分配プレート７２の底面７５に取り付けることができ、又はガス分配プレート７２から隔置することもできる。また、プレート７２が励起ガスフローをそれを通って巻き込んでいるバッフルとして働くので、ガス分配プレート７２はそれ自体イオンフィルタ５０として作用することができ、それにより励起ラジカル種の再結合を促進させる。
【００２６】
励起洗浄ガスは、石英を含む表面６０上に励起ガスを通すことによってイオン種を除去するようにろ過することができる。石英表面６０は、水素含有種が水素結合し、表面６０に吸着することができる表面を設けることによってラジカルの再結合を減少させるためにイオンフィルタ５０として作用すると考えられる。石英表面６０上に衝突する水素含有化学種は、吸着した水素含有ラジカルを励起ガスに放出し、それにより水素ラジカルが再生する。水素イオンは、石英表面６０によって再生されないので、これらイオンは再結合して電気的に中性の非イオン種を形成する。このように、活性洗浄ガスを石英表面上に通ることにより、イオン種は励起洗浄ガスから効果的にろ過され、ラジカル種は保存される。
【００２７】
石英表面６０は、励起洗浄ガスから水素イオン種を最適にろ過するように配置されることができる。一変形例において、石英表面６０は、図２Ａに示されるように、遠隔ゾーン３０とプロセスチャンバ１００間で接続コンジット６２の一部の内部表面を含んでいる。例えば、接続コンジット６２は石英チューブから構成することができる。他の変形例においては、石英表面６０は、図２Ａにも示されるように、ガス分配器７０の１つ以上の表面を含んでいる。例えば、ガス分配器７０は、石英を含んでいるガス分配プレート７２を含むことができる。石英表面６０は、ガス分配プレート７２とガス分配器流入口８３との間にあるガス分配プレナム７６を取り囲んでいる壁７８、８０の表面上にあり得る。例えば、上部と側部のプレナム壁７８、８０は石英から製造され得る。プレナム壁７８、８０は、壁７８、８０を並べたライナ８２を含むこともでき、石英ラインのような石英表面６０を含むこともできる。石英表面６０を含むライナ８２は、チャンバ側壁１１４、底面壁１１６、シーリング１１８、ガス分配プレート７２のような他のコンポーネントの少なくとも一部の表面のような、チャンバ１００内に他の表面を裏打ちすることもできる。
【００２８】
基板１０の温度は、堆積物１２における酸化物の低減に最適条件を与えるように設定され、水素含有ラジカルと堆積物１２間の化学反応を促進させるようにさえ設定することができる。例えば、基板の温度は約０℃〜約５００℃、例えば、約１５０℃〜約４５０℃、約２５℃〜約３５０℃にさえ、例えば、約１５０℃〜約３５０℃に維持することができる。一変形例においては、高バイアス電力レベルが励起洗浄ガスにおけるイオンによって基板１０の衝突を増加させることができるので、洗浄プロセス中に基板１０に印加されるバイアス電力レベルは望ましくは低くてもよい。適切なバイアス電力レベルは、約１００ワット未満、例えば、約０〜１０ワット、約１ワット〜約１０ワットにさえしてもよく、実質的に０にさえすることができる。他の変形例においては、１００ワットより大きい、約１００ワット〜約２００ワットものバイアス電力レベルのような高いバイアス電力レベルは洗浄速度を増加するために適用することができる。
【００２９】
基板１０の洗浄が、熱処理又はアニールステップを行って基板１０から堆積物１２を除去することにより改善し得ることが更に見出された。熱処理ステップにおいて、基板１０は、例えば、堆積物１２を揮発させることにより、基板１０から物質を脱ガスするのに十分に高い温度に加熱する。基板１０上の酸化物の形成を阻止するために熱処理ステップの間、還元ガスのフローを供給することもできる。適切な還元ガスは、例えば、Ｈ2のような水素含有ガスを含むことができる。熱処理ステップは、遠隔励起水素ラジカル洗浄ステップの前に、基板１０の比較的緩やかな初期洗浄を与えるために、実質的に還元ガスを励起させずに、例えば、実質的に還元ガスにＲＦ又はマイクロ波エネルギーを結合せずに行うことができる。
【００３０】
熱処理ステップの一変形例においては、基板１０は、少なくとも約１００℃、例えば、約１５０℃〜約３５０℃の温度に加熱される。Ｈ2フローは、約１０００ｓｃｃｍ〜約５リットル/分の容量の流量で供給される。熱処理ステップ中の圧力は、約１００ｍＴｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒ、約３０Ｔｏｒｒ未満にさえ維持することができ、適切な加熱時間は約１分〜１０分であってもよい。
【００３１】
一変形例においては、熱処理ステップは水素ラジカル洗浄ステップと同じチャンバ１０６ａで行われる。例えば、チャンバ１０６ａは、温度制御システム１４０とチャンバ１０６ａ内で基板１０を加熱するように適合されたヒータ１４２を含むことができる。図２Ａに示された実施形態においては、ヒータ１４２は基板支持体１１０の基板１０の下に抵抗加熱素子１１１を含んでいる。ヒータ１４２は、例えば、頭上式加熱ランプ１４３の、他の加熱デバイスを含むこともできる。他の変形例においては、熱処理ステップは、別個の熱処理チャンバ１０６ｃ内で行われ、その実施形態は図２ｃに示されている。熱処理チャンバ１０６ｃは、例えば、真空搬送チャンバ１１７によって洗浄チャンバ１０６ａと真空接触していることが望ましく、基板１０が加熱プロセスチャンバ１０６ｃから洗浄チャンバ１０６ａまで真空を破壊することなく搬送され得る。
【００３２】
一実施形態においては、下にある低ｋ誘電体層１８の表面１９を露出するためにほぼ完全にレジスト層２２が除去された後、洗浄プロセス、任意の熱処理プロセスが行われる。ストリッピングプロセスは、図１Ａに示されるように、レジスト層２２を含む基板１０をストリッピングチャンバにおいて酸素含有ガスのような励起ストリッピングガスに晒すことを含むことができる。一旦レジスト層２２のストリッピングが完了し、図１Ｂに示されるように、レジスト層２２はほぼ完全に除去されると、基板１０は別個の洗浄チャンバ１０６ａに搬送される。ストリッピングプロセスが基板１０から大量の物質の除去を必要とすることがあり、ストリッピングチャンバと洗浄チャンバ１０６ａ又は他のチャンバとの真空統合によってストリッピングチャンバからの汚染を生じ得るので、洗浄チャンバ１０６ａは、ストリッピングチャンバと真空接触していない別個のマルチチャンバ装置の一部であることが望ましい。別個の熱処理チャンバ１０６ｃが用いられる場合、熱処理チャンバ１０６ｃは、ストリッピングチャンバと真空接触していないことが望ましく、洗浄チャンバ１０６ａを含むマルチチャンバ真空装置の一部であり得る。堆積物１２の未変性酸化物成分は、図１Ｂに示されるように、酸素含有ストリッピング環境に金属含有導体１６を晒す際に、又はストリッピングチャンバから洗浄チャンバ１０６ａへの基板１０の搬送中に周囲雰囲気に晒す際に、金属含有導体１６の表面１４上に形成し得る。
【００３３】
適切な洗浄プロセスの一変形例においては、約５０〜約１０００ｓｃｃｍのＨ2、例えば、３００ｓｃｃｍのＨ2と約０〜１０ｓｃｃｍのＨ2Ｏ、例えば、３ｓｃｍのＨ2Ｏを含む洗浄ガスは、約３００ワット〜約３０００ワットの電力レベル、例えば、１０５０ワットを印加することによってリモートソース３５で活性化される。チャンバ圧は、約１０Ｔｏｒｒ未満、例えば、約１Ｔｏｒｒに維持される。約０〜約１００ワットのバイアス電力レベル、例えば、５０ワットは、基板１０にバイアスをかけるために印加され、基板１０の温度は、約１５０〜約４５０℃、例えば、２５０℃に維持される。洗浄プロセスは、図１Ｃに示されるように、堆積物１２をほぼ除去し、洗浄された表面１４が得られる。
【００３４】
洗浄プロセスが完了した後、チャンバ１０６ａ内の圧力は廃洗浄ガスと洗浄副生成物を排気するとともに洗浄チャンバ１０６ａのそばのマルチチャンバ装置汚染の可能性を減少させるために約１０ｍＴｏｒｒ未満に減圧される。その後、基板１０は、図１Ｄに示されるように、新たに洗浄された金属含有導体表面１４上に、銅、アルミニウム、タンタル、タングステン、窒化タンタル及び窒化タングステンの少なくとも１種のような第二金属含有導体２１を堆積するために搬送ロボット１１９を有する基板搬送チャンバ１１７によって減圧下で堆積チャンバ１０６ｂに搬送され得る。
【００３５】
水素含有ラジカル洗浄プロセスに適した洗浄チャンバ１０６ａを含む装置１０２の実施形態は、図２Ａに示されてる。本明細書に示される装置１０２の具体的な実施形態は、半導体ウェハのような基板１０を洗浄するのに適し、フラットパネルディスプレイ、ポリマーパネル、又は他の電気回路受容基板１０のような他の基板１０を洗浄するために当業者によって適合させることができる。一般的に、洗浄チャンバ１０６ａは、エンクロージャーのような１つ以上の壁１０７を含み、プロセスゾーン１０８を封じるシーリング１１８、側壁１１４、底面壁１１６を含むことができる。励起洗浄ガスは、リモートソース３５とガス分配器７０を含むガス供給源１３０によってプロセスゾーン１０８に供給される。洗浄ガスは、リモートソース３５によって励起され、流入口８３を有する接続コンジット６２を経てガス分配器７０に受容される。ガス分配器７０は、プロセスゾーン１０８にガスを分配するためにその中にアパーチャ７１を有するガス分配プレート７２を含み得る。ガス分配器７０は、また、基板１０の周辺に１つ以上のコンジットを任意に含むことができる。廃ガスや副生成物は、プロセスゾーン１０８からガスを受容する排気ポート１７７を含むことができる排気システム１４４を通ってチャンバ１０６ａから排気され、チャンバ１０６ａ内のガス圧を制御するためにスロットルバルブ１３５と、１つ以上の排気ポンプ１５２、例えば、ターボ分子排気ポンプを更に含むことができる。排気システム１４４は、チャンバ１０６ａの大気圧未満を維持することができる。
【００３６】
洗浄ガスを遠隔励起するのに適したリモートソース３５は、遠隔ゾーン３０、洗浄ガスソース３９、リモートガスエナジャイザー３７を有するリモートチャンバ４０を含んでいる。動作中、洗浄ガスはリモートチャンバ４０における洗浄ガスソース３９から受容する。リモートチャンバ４０への洗浄ガスの流量を制御するためにフローバルブ４１を設けることができる。リモートガスエナジャイザー３７は、遠隔ゾーン３０で洗浄ガスにエネルギーを結合して洗浄ガスを励起し、それにより励起イオン種とラジカル種を含む励起洗浄ガスが形成される。リモートガスエナジャイザー３７は、例えば、洗浄ガスにＲＦとマイクロ波エネルギーの少なくとも１種を結合することができる。一変形例においては、リモートガスエナジャイザー３７は、遠隔領域３０における洗浄ガスにＲＦエネルギーを誘導結合させる誘導アンテナを含んでいる。洗浄ガスに結合するのに適したＲＦ電力レベルは、約１００ワット〜約１０ｋワットであってもよい。他の変形例においては、リモートガスエナジャイザー３７は、例えば、Ｓｍｉｔｈらの米国特許第６,１５０,６２８号に記載されるように、遠隔ゾーン３０で洗浄ガスにエネルギーを結合するトロイダル型ガスエナジャイザーを含んでいる。その特許の開示内容は本明細書全体に援用されている。トロイダル型ガスエナジャイザーによって印加された適切なＲＦ電力レベルは、約１０００ワット〜約１０,０００ワットであってもよい。マイクロ波ガスアクチベータを含むリモートガスエナジャイザー３７を設けることもできる。適切なマイクロ波電力レベルは、約３００ワット〜約５ｋワットであってもよい。チャンバ１０６ａは、チャンバ１０６ａのプロセスゾーン１０８においてガスにエネルギーを結合するチャンバガスエナジャイザーを任意に含むこともできる。例えば、チャンバガスエナジャイザーは、ＲＦエネルギーを結合させる電極及び誘導アンテナの１種以上を含むことができる。
【００３７】
基板１０は、基板受容表面１８０を有する支持１１０上のプロセスゾーン１０８に保持される。支持体１１０は、電圧源９１から電力レベルを印加することによって電気的にバイアスをかけ得る電極９０を任意に含むことができる。電極９０は、支持体１１０上の基板１０を静電的に保持するためにバイアスをかけることができる。電極９０と基板１０は、プロセスの特性、例えば、基板１０へのイオン衝撃の程度に影響するようにバイアスをかけることも可できる。しかしながら、支持体１１０はいかなる帯電可能電極を存在しないこともあり得る。温度制御システム１４０は、基板１０の温度を維持するために設けられ、例えば、基板１０の下の支持体１１０に抵抗加熱素子１１１を含むことができる。温度制御システム１４０は、１種以上の他の熱交換デバイス、例えば、熱交換流体が供給される熱交換コンジットや加熱ランプを含むこともできる。温度制御システム１４０は、基板１０の温度をモニタするとともにチャンバコントローラ３００に温度に関して信号を送る熱電対のような温度モニタを含むこともできる。
【００３８】
プロセスチャンバ１９５を含む装置１０２は、複数のプロセスチャンバ１０６ａ‐ｄを含む大きなマルチチャンバ装置１０２の一部でもあり得る。基板１０を処理するのに適した装置１０２の実施形態は、図３に示されるように、１つ以上のプロセスチャンバ１０６ａ−ｄを含んでいる。チャンバ１０６ａ‐ｄは、電気プラミング、及び他の支持機能を設ける、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社からＰｒｅｃｉｓｉｏｎ５０００(登録商標)のようなプラットフォーム上に取り付けられる。プラットフォーム１０９は、典型的には、処理すべき基板１０のカセット１１５を受容するロードロック１１３と処理するためにカセット１１５から異なるチャンバ１０６ａ‐ｄに基板を搬送するとともにプロセス後に基板を戻すためにロボット１１９を含む基板搬送チャンバ１１７を支持する。異なるチャンバ１０６ａ‐ｄは、例えば、堆積洗浄チャンバ１０６ａ、ウエハ上に物質を堆積するための堆積チャンバ１０６ｂ、任意に、熱処理チャンバ１０６ｃ、他処理チャンバを含むことができる。例えば、一変形例においては、チャンバ１０６ａ‐ｄの一つは、基板１０上の金属含有導体１６上に形成された堆積物１２を除去するための洗浄チャンバ１０６ａを含んでいる。洗浄プロセスが終了した後、基板１０は洗浄された基板上の金属含有導体のような物質を堆積する堆積チャンバ１０６ｂにロボット１１９によって搬送され得る。基板１０は、第一チャンバ内で堆積された第一物質上に、他の金属含有導体のような他の物質を堆積することができる第二堆積チャンバ１０６にロボット１１９によって搬送され得る。また、熱処理プロセス後、基板１０は、ロボット１１９によって熱処理チャンバ１０６ｃから洗浄チャンバ１０６ａに搬送され得る。チャンバ１０６ａ‐ｄは、プロセスが連続して処理することができる装置１０２内で連続真空環境を形成するために相互接続され、それにより異なるプロセス段階の別個のチャンバ間でウェハを搬送する場合に生じることがある基板１０の汚染が減少する。搬送チャンバ１１７は、チャンバ１０６ａ‐ｄの汚染を減少させるために、ガスを排気するとともに低圧環境、例えば、約１０ｍＴｏｒｒ未満の圧力を維持する流出口１２９を有する排気システムを備えている。
【００３９】
基板１０上に物質を堆積することができるチャンバ１０６ｂの例示的な変形例は、図４Ｂに概略的に示されている。チャンバ１０６ｂは、代表的な自己イオン化プラズマチャンバ、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって開発されたＳＩＰ＋型チャンバである。しかしながら、本発明の態様は、ＳＩＰ＋型チャンバを含む堆積チャンバに限定されず、他の堆積チャンバも適している。典型的なチャンバ１０６ｂは、側壁１２０、底面壁１２２、シーリング１２４を含むエンクロージャー２１８を含んでいる。基板支持体２３０は、チャンバ１０６ｂ内で基板１０を支持するために設けられている。基板支持体２３０は、例えば、ＲＦ電源２０３であってもよい、ペデスタル電源２１０によって電気的に浮動してもバイアスがかけられてもよい。基板１０は、チャンバ１０６ｂの側壁１２０にある基板装填流入口（図示せず）を通ってチャンバ１０６ｂ内に導入され、支持２３０上に配置される。支持体２３０は、支持リフトベローズ（図示せず）によって持ち上げることも下げることもでき、リフトフィンガーアセンブリ（図示せず）は、チャンバ１０６ｂ内外へ基板１０の搬送中に支持体２３０に基板１０を持ち上げ、下げるために使用し得る。
【００４０】
スパッタリングガスのようなプロセスガスは、それを通って設定流量ガスを通過させるマスフローコントローラのようなガスフロー制御バルブ１５８ａ‐ｃを有するコンジット１５６ａ‐ｃにそれぞれ送り込むガスソース１５４ａ‐ｃを含むプロセスガス供給源２５２を通ってチャンバ１６０ｂに導入される。コンジット１５６ａ‐ｃによって、ガスが所望のプロセスガス組成物を形成するように混合される混合マニホールド１６０にガスが送り込まれる。ガス流出口１６４は、基板支持体２３０の周辺を完了するためにチャンバ側壁１２０を通過することができる。プロセスガスは、ターゲット２１１上に励起的に衝突させるとともにターゲット２１１から物質をスパッタする、アルゴン又はキセノンのような非反応性ガスを含むことができる。プロセスガスは、基板１０上に層を形成するためにスパッタされた物質と反応することができる酸素含有ガス及び窒素含有ガスの１種以上のような反応性ガスを含むこともできる。廃プロセスガスや副生成物は、廃プロセスガスを受容する１つ以上の排気ポート１７０を含む排気システム１６８を通ってチャンバ１０６ｂから排気され、チャンバ１０６ｂにおけるガスの圧力を制御するスロットルバルブ１７４がある排気コンジット１７２に廃ガスを移すことができる。排気コンジット１７２によって、１つ以上の排気ポンプ１７６に送り込まれる。典型的には、チャンバ１０６ｂにおけるスパッタリングガスの圧力は、大気圧未満レベルに設定される。
【００４１】
スパッタリングチャンバ１０６ｂは、更に、基板１０と向いたスパッタリングターゲット２１１を含んでいる。スパッタリングターゲット２１１は、図４Ｂに示される形状のような所望の形状を含むことができる。スパッタリングターゲット２１１は、ほぼ平面のスパッタリング表面をもつほぼ平面の形状を備えることもできる。スパッタリングチャンバ１０６ｂは、スパッタされた物質からチャンバ１０６ｂの壁２１８を保護するとともに、典型的には、カソードターゲット２１１についてアノードとしても働くシールド１２８を備えることもできる。シールド１２８は、電気的に浮動していても接地されてもよい。ターゲット２１１は、チャンバ１０６ｂから電気的に分離され、パルスＤＣ電源のようなターゲット電源２０１に接続されるが、他のタイプの電圧源であってもよい。一変形例においては、ターゲット電源２０１、ターゲット２１１、シールド１２８は、ターゲット２１１から物質をスパッタするためにスパッタリングガスを励起することができるガスエナジャイザー１８０として作動させる。ターゲット電源２０１は、シールド１２８に相対してターゲット２１１にバイアス電圧を印加する。スパッタリングターゲット２１１に印加された電圧からチャンバ１０６ｂ内に生成された電界は、ターゲットから、また、基板１０上に物質をスパッタさせるためにターゲット２１１上に励起的に衝突させ、それに衝突させるプラズマを形成するためのスパッタリングガスを励起させる。プロセスガスを励起させるためのパルスＤＣ電圧の適したパルス周波数は、例えば、少なくとも約５０ｋＨｚ、更に好ましくは約３００ｋＨｚ未満であり、最も好ましくは約１００ｋＨｚであってもよい。プロセスガスを励起させるために適したＤＣ電圧レベルは、例えば約２００〜約８００ボルトであってもよい。
【００４２】
チャンバ１０６ｂは、チャンバ１０６ｂのターゲット２１１近傍に磁界を生成して、ターゲット２１１に隣接した高密度プラズマ領域２２６におけるイオン密度を増加させて、ターゲット物質のスパッタリングを改善する、磁界ゼネレータ４０１を含むマグネトロン４０３を更に含んでいる。改善されたマグネトロン４０３は、例えば“回転スパッタマグネトロンアセンブリ”と称するＦｕの米国特許第６,１８３,６１４号、 “銅バイア充填のための集積化プロセス”と称するＧｏｐａｌｒａｊａらの米国特許第６,２７４,００８号に記載されるように、ターゲット衝突のために非反応性ガスの要求を最少にしつつ、銅の自己スパッタリング、又はアルミニウム、チタン又は他の金属のスパッタリングを持続させるために用いることができる。それらの特許は共に本明細書に全体で援用されている。
【００４３】
任意の熱処理チャンバ１０６ｃの実施形態は図４Ｂに示されている。熱処理チャンバは、プロセスゾーン４０８を封じるエンクロージャー壁４０７を備えている。熱処理ガスは、例えば、熱処理ガス源４３２や接続コンジット４３６を通って供給源から熱処理ガスを受容するガス分配器４３４を備えている、ガス分配システム４３０によってプロセスゾーン４０８に供給される。ガス分配システム４３０は、プロセスゾーン４０８へのガスフローを制御するためにフローメータ４３８を更に備えることができる。基板１０は、支持体４１０上のプロセスゾーン４０８に保持される。支持体４１０は、支持体４１０上に基板１０を保持させるために電気的にバイアスをかけ得る電極（図示せず）を任意に備えていてもよい。廃ガスや副生成物は、プロセスゾーン４０８からガスを受容する排気ポート４７７を含むことができる排気システム４４４を通ってチャンバ１０６ｃから排気され、チャンバ１０６ａにおけるガス圧を制御するスロットルバルブ４３５と、ターボ分子排気ポンプのような１つ以上の排気ポンプ４５２を含むこともできる。
【００４４】
加熱プロセスチャンバ１０６ｃは、所望の温度に基板１０を加熱するとともに基板１０を所望の温度で維持することができるヒータ１４２を有する温度制御システムを備えている。図４Ａに示されるような実施形態においては、ヒータ１４２は、基板１０の表面上に熱放射を送るように適合された加熱ランプ１４３のアレイ４４５を備えている。温度制御システム１４０は、支持体４１０における抵抗加熱素子又は熱交換流体を供給する熱交換コンジットのような１つ以上の他の加熱デバイスを備えることもできる。温度制御システム１４０は、基板１０の温度をモニタするとともにチャンバコントローラ３００に温度に関する信号を送る熱電対のような温度モニタを備えることもできる。
【００４５】
マルチチャンバ装置１０２は、図５に示されるように、ハードウェアインタフェース３０４を経てコントローラ３００によって作動させることができる。コントローラ３００は、例えば、カリフォルニア州のシナジーマイクロシステムズ社から市販されている６８０６４０マイクロプロセッサ、又はカリフォルニア州サンタクララのインテル社から市販されているペンティアムプロセッサのような中央プロセッサ装置（ＣＰＵ）３０６を有するコンピュータ３０２を備え、メモリ３０８と周辺コンピュータコンポーネントに結合されている。好ましくは、メモリ３０８は、例えば、ＣＤ又はフロッピードライブの交換可能記憶媒体３１０、例えば、ハードドライブの交換不可記憶媒体３１２、ランダムアクセスメモリ３１４を含むことができる。コントローラ３００は、例えば、アナログやデジタルの入力や出力のボードを含む複数のインタフェースカード、インタフェースボード、モータコントローラボードを更に備えることができる。オペレータとコントローラ３００間のインタフェースは、例えば、ディスプレイ３１６やライトペン３１８であり得る。ライトペン３１８は、ライトペン３１８の先端の光センサでモニタディスプレイ３１６によって出される光を検出する。具体的なスクリーン又は機能を選択するために、オペレータはモニタ３１６上のスクリーンの明示領域に触れ、ライトペン３１８でボタンを押す。典型的には、触れた領域は色が変わるか、又は新しいメニューが表示され、ユーザーとコントローラ３００間の情報が確認される。
【００４６】
一変形例においては、コントローラ３００は、例えば、交換不可記憶媒体３１２又は交換可能記憶媒体３１０のメモリ３０８に保存することができるコンピュータ読取り可能プログラム３２０を備えている。コンピュータ読取り可能なプログラム３２０は、通常は、例えば、チャンバ１０６ａ‐ｄとそれらのコンポーネント、搬送チャンバ１１７、ロボット１１９を作動させるプログラムコードを備えているプロセス制御ソフトウェア、チャンバ１０６ａ‐ｄで行われるプロセスをモニタするプロセスモニタリングソフトウェア、安全システムソフトウェア、他の制御ソフトウェアを備えている。コンピュータ読み取り可能なプログラム３２０は、従来の任意のコンピュータ読取り可能なプログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ＋＋又はＦｏｒｔａｎで書き込むことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを用いメモリ３０８のコンピュータ使用可能な媒体において保存又は具体化されたシングルファイル又はマルチファイル内に入力される。入力されたコードテキストが高級言語である場合には、コードはコンパイルされ、その後、得られたコンパイラコードがプリコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、ユーザーはオブジェクトコードを呼び出し、ＣＰＵ３０６がコードを読み込み実行させてプログラムで同定されたタスクを行う。
【００４７】
コンピュータ読取り可能なプログラム３２０の個々の実施形態の階層制御構造の説明的ブロックダイアグラムは、図１０に示されている。ライトペンインタフェースを用いて、ユーザーはＣＲＴターミナルに表示されたメニュー又はスクリーンに応答してコンピュータ読取り可能なプログラム３２０にプロセス設定とチャンバ番号を入力する。コンピュータ読取り可能なプログラムは、基板位置、ガスフロー、ガス圧、温度、ＲＦ電力レベル、、具体的なプロセスの他のパラメータ、チャンバプロセスをモニタするコードを制御するためのプログラムコードを含んでいる。プロセス設定は、指定されたプロセスを行うのに必要なプロセスパラメータの所定のグループである。プロセスパラメータは、ガス組成、ガス流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベルのようなガスエナジャイザー設定を含むがそれらに限定されないプロセス条件である。
【００４８】
プロセスシーケンサプログラムコード３２２は、コンピュータ読取り可能なプログラム３２０からチャンバの種類とプロセスパラメータの設定を受け入れ且つその動作を制御するプログラムコードを備えている。シーケンサプログラムコード３２２は、プロセスチャンバ１０６ａ‐ｄにおけるマルチプロセスタスクを制御するチャンバマネージャープログラムコード３２４に具体的なプロセスパラメータを移すことによりプロセス設定の実行を開始する。典型的には、プロセスチャンバプログラムコード３２４には、基板配置プログラムコード３２６、ガスフロー制御プログラムコード３２８、ガス圧制御プログラムコード３３０、温度制御プログラムコード３３２、ガスエナジャイザー制御プログラムコード３３４、プロセスモニタリングプログラムコード３３６が含まれている。
【００４９】
典型的には、基板配置プログラムコード３２６は、チャンバ１０６ａ‐ｄ内で支持体１１０、２３０上に基板１０を装填し、任意にチャンバ１０６ａ‐ｄ内で所望の高さに基板１０を持ち上げるために用いられるチャンバコンポーネントを制御するための指示を備えている。基板配置プログラムコード３３４は、マルチチャンバ装置１０２におけるチャンバ間で基板１０を搬送するために搬送チャンバ１１７内のロボット１１９を制御することもできる。ガスフロー制御プログラムコード３２８は、洗浄ガス、熱処理ガス又はスパッタリングガスのようなプロセスガスの異なる成分の流量を制御するための指示を備えている。ガスフロー制御プログラムコード３２８は、１つ以上のガスフローバルブ４１、１５８ａ、ｃ、４３６の開口サイズを調節してチャンバ１０６ａ‐ｃへの所望のガス流量を得る。
【００５０】
温度制御プログラムコード３３２は、基板１０の温度のようなチャンバ１０６ａ‐ｃ内の温度を制御するためのプログラムコードを備えている。例えば、温度制御プログラムコードは、支持体の抵抗加熱素子１１１のようなヒータ１４２に加えられる電流を制御するとともに温度センサーから信号をモニタして所望の温度を維持することによって洗浄チャンバ１０６ａにおける基板１０の温度を制御し得る。温度制御プログラムコードは、同様に、ヒータ１４２に加えられた電流を制御するとともに基板温度をモニタすることにより、別個の熱処理チャンバ１０６ｃにおいて基板１０の温度を制御することができる。ガスネナジャイザ制御プログラムコード３３４は、例えば、ガスを励起させるために印加された電力レベルを設定することにより、リモートガスエナジャイザー３７やスパッタリングガスエナジャイザ１８０のようなガスエナジャイザーを制御するための指示を備えている。プロセスモニタリングプログラムコード３３４は、チャンバ１０６ａ−ｃにおけるプロセスをモニタする、例えば、検出器２０２によってろ過されていない励起ガス及びろ過された励起ガスの１つ以上におけるイオン種とラジカル種の比率をモニタするための指示を備えている。圧力制御プログラムコード３３０は、例えば、スロットルバルブ１７４、１３５、４７７を制御することによって、チャンバ１０６ａ−ｃや搬送チャンバ１１７における圧力を制御するための指示を備えている。
【００５１】
一変形例においては、コントローラは、洗浄チャンバ１０６ａにおいて堆積物１２を基板１０上の最初の金属含有伝導帯１１６から洗浄し、基板１０をスパッタリングチャンバ１０６ｂに搬送し、且つ第二金属含有導体２１を洗浄された第一金属含有導体１６上に堆積させるために、洗浄チャンバ１０６ａ、スパッタリングチャンバ１０６ｂ、ロボット１１９を作動させるプログラムコードを備えている。コントローラ３００は、堆積物１２を洗浄する洗浄チャンバ１０６ａに基板１０を搬送する前に、最初の熱処理ステップを行う熱処理チャンバ１０６ｃを作動させるプログラムコードを任意に備えていてもよい。
【００５２】
コントローラ３００よって受容及び/又は評価されたデータ信号は、ファクトリオートメーションホストコンピュータ３３８に送信することができる。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３１８は、（ｉ）基板１０に行われたプロセス、（ｉｉ）基板１０全体に統計的関係で変化することができる特性、又は（ｉｉｉ）基板１０のバッチ全体に統計的関係で変化することができる特性の統計的プロセス制御パラメータを確認するために、いくつかのシステム、プラットフォーム又はチャンバ１０６ａ‐ｄからのデータと、基板１０のバッチについて又は長時間にわたるデータを評価するホストソフトウェアプログラム３４０を備えることができる。ホストソフトウェアプログラム３４０は、進行中のインサイチュプロセス評価又は他のプロセスパラメータの制御のデータを用いることもできる。適切なホストソフトウェアプログラムは、前述のアプライドマテリアルズ社から入手できるＷＯＲＫＳＴＲＥＡＭ(登録商標)ソフトウェアプログラムを備えている。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３３８は、更に、（ｉ）例えば、基板特性が不十分又は統計的に求められた数値の範囲内に入っていない、又はプロセスパラメータが許容範囲からそれている場合には、処理シーケンスから具体的な基板１０を取り出す；（ｉｉ）具体的なチャンバ１０６ａ−ｄにおけるプロセスを終わらせる、又は（ｉｉｉ）基板１０の適していない特性又はプロセスパラメータを求める際にプロセス条件を調節するための指示信号を送るように適合させることができる。ファクトリオートメーションホストコンピュータ３３８は、ホストソフトウェア３４０によるデータの評価に応答して基板１０の処理の開始又は終了で指示信号を送ることもできる。
【００５３】
実施例
以下の実施例は、励起された水素含有ラジカルによって得られた改善された洗浄結果を示すものである。実施例においては、基板１０は、その上に低ｋ誘電体層が形成された銅導体１６を備えたものである。銅導体１６は、低ｋ誘電体層１８における特徴部２０まで露出したその上に酸化銅１２の層を有した。誘電体層のｋ値の変化は、Ｈｇプローブを用いて測定した。
【００５４】
実施例１
本実施例は、異なる厚さの低ｋ誘電体に対する従来の洗浄プロセスによるｋ値に対する影響を示すものである。従来の洗浄プロセスは、プロセスゾーンにおいて９５％のＨｅと５％のＨ2を含む洗浄ガスを供給すること；プロセスゾーンにおいて洗浄ガスに４５０ワットのＲＦ電力レベルを誘導結合させること；チャンバ圧を８０ｍＴｏｒｒに維持すること；１０ワットのバイアス電力レベルを印加すること含んだものである。基板１０を洗浄ガスに４０秒間晒した。以下の表１は、低ｋ誘電体層の厚さの関数としてｋ値の変化を示すものである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１は、低ｋ誘電体層１８の厚さが減少するにつれて洗浄された基板１０のｋ値の変化が増大することを示している。１５００オングストローム以下のような薄い膜厚でのｋ値の急な増加は、低ｋ誘電体層１８の上面１９が従来の洗浄プロセスによって最も激しく損傷される領域であるという事実によると考えられる。バルク誘電体層の厚さが減少するにつれて、この上面１９のキャパシタンスは層１８の全体のキャパシタンスに一層寄与する。従って、従来のプロセスは、低ｋ誘電体層１８を有する基板、特に厚さが約１５００オングストローム以下の低ｋ誘電体層１８を有する基板の十分な洗浄を与えることはできない。
【００５７】
実施例２
実施例２は、洗浄プロセスに対する種々のプロセスパラメータの影響を示すものである。これらの実施例においては、出発低ｋ誘電体層の厚さが１５００オングストロームである基板１０は、励起洗浄ガスがプロセスゾーンで形成され且つ洗浄ガスがイオン数を減少させるようにろ過されなかった従来の洗浄プロセスに供された。基板バイアス電力レベル、ガス励起電力レベル、ガス圧を含む種々のプロセスパラメータで多因子試験を行った。図６は、多因子条件下で処理された基板１０の低ｋ誘電体層の厚さの変化（Δｔ）とｋ値への変化（Δｋ）を示している。
【００５８】
図６は、基板バイアス電力レベルがｋ値の変化と低ｋ誘電体層１８の厚さの変化に対して強い影響を有し、しばしば低ｋ誘電体層１８からスパッタリングすることにより低下することを示している。ライン５０１と５０２が示すように、厚さの変化とｋ値の変化は、基板１０に印加されるバイアス電力レベルが上がるにつれて増大する。対照的に、ガス励起電力レベルと圧力はｋ値と厚さに強く影響するように見えない。ライン５０３と５０４は、増加するガス活性化電力レベルに対して、それぞれ厚さとｋ値の変化を示している。ライン５０５と５０６は、増加する圧力に対して、それぞれ厚さとｋ値の変化を示している。バイアス電力レベルが増加すると、イオン種による基板１０の衝撃が増加する。従って、このデータは、ｋ値の変化の主な要因の１つがイオン種による基板１０へ衝撃であることを示している。従って、改善された洗浄プロセスは、洗浄ガスからイオン種をろ過して基板１０の衝撃を減少させる。
【００５９】
実施例３
本実施例においては、洗浄ガス組成が異なる従来の洗浄プロセスから生じるｋ値の変化を評価した。基板１０は、厚さが１５００オングストロームの低ｋ誘電体層１８を含むプロセスで洗浄した。洗浄プロセスにおいては、表２に挙げた洗浄ガスをプロセスゾーンにおいてガスをエネルギーに結合することによって励起させた。第一洗浄プロセスにおいては、基板バイアス電力レベルは３００ワット、ガス圧は０.５ｍＴｏｒｒとした。第二洗浄プロセスにおいては、基板バイアス電力レベルは１０ワット、ガス圧は８０ｍＴｏｒｒとした。低ｋ誘電体層のｋ値の変化パーセントは、各洗浄プロセス後に測定した。洗浄プロセスの結果を、以下表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
このように、表２は、タイプの洗浄ガスの種類が異なる従来の洗浄プロセスは、ｋ値が付随し望ましくない増加をせずに基板１０の良好な洗浄をもたらすことができないことを示している。ｋ値の増加は、水素含有ガスをによる洗浄プロセスの３０％程度増加した。
Ａｒ洗浄ガスプロセスに対するｋ値変化パーセントは最も小さいが、Ａｒガスはｋ値の許容できない増加を生じる大きなバイアス電力レベルを印加せずに基板１０から金属酸化物をしばしばほとんど洗浄しない。
【００６２】
実施例４
本実施例においては、多数の水素ラジカル含有種を供給して基板１０から金属酸化物を洗浄することによる比較的穏やかな洗浄プロセスにより基板１０を洗浄した。比較的穏やかな洗浄プロセスは、遠隔ゾーンにおいて励起された水素含有ガスを形成し、ガスにおけるイオン種の数を減少させるとともに多くの水素ラジカル含有化学種を供給するために石英表面６０上に励起ガスを通すことにより励起ガスをろ過することを必要とした。基板１０は、厚さが１５００オングストロームの低ｋ誘電体層１８を備えたプロセスで洗浄した。洗浄ガスは３０００ｓｃｃｍのＨ2を含み、洗浄プロセスは以下の表３に挙げたガス励起電力レベルと温度で４０秒間行った。誘電体層１８のｋ値の変化を測定し、表３に示す。
【００６３】
【表３】
【００６４】
このように、表１、２、３の比較は、冷機洗浄ガスが多くの水素含有ラジカルを含む洗浄プロセスが、結果としてｋ値の変化がかなり減少するので、ろ過せずにガス中のイオン種の数を減少させるプロセスより洗浄ガスが改善することを示している。イオン種をろ過しない従来の洗浄プロセスにより、イオン種の数が減少した洗浄ガスプロセスに対するｋ値の変化パーセントより２０倍ほど、３０倍さえもあり得るｋ値の変化パーセントが得られる。従って、低ｋ誘電体層を有する基板１０の洗浄改善は、励起水素含有ガスをろ過してガス中のイオン種の数を減少させることにより得ることができ、それにより処理された基板１０の品質を改善するとともに厚さが薄い誘電体層１８を本質的に層を損傷させずに洗浄させることを可能にする。
【００６５】
実施例５
本実施例は、水素含有ラジカル種を含む励起された洗浄ガスによる基板の洗浄において温度の重要性を示すものである。厚さが１５００オングストロームの低ｋ誘電体層を備えた基板１０を、１４００ワットのマイクロ波電力レベルを印加することによりリモートソース３５において３０００ｓｃｃｍのＨ2と３０ｓｃｃｍのＨ2Ｏを含む洗浄ガスを励起することによって洗浄した。基板１０の温度は、以下表４に示されるように、洗浄される各基板１０について変化させた。ｋ値を洗浄前後に測定し、ｋ値の変化パーセントを求めた。ｋ値は、洗浄後約３であった。ウェハとウェハ間の変化によるノイズや洗浄される基板が比較的少ないことから、測定されたｋ値の変化が実際の変化より大きくなり、上記表３に示されたものより大きくなることは留意すべきである。しかしながら、表４は温度の増加によるｋ値の増加の一般傾向を示している。
【００６６】
【表４】
【００６７】
洗浄された基板の反射率も測定され、反射率パーセントについて図７において基板温度増加をグラフにした。高い反射率は、より多くの未変性酸化物が銅導体１６の表面１４から除去されたことを示している。ライン５０７は、洗浄プロセス前の平均反射率であり、ライン５０８は洗浄プロセス後の平均反射率であり、ライン５０９とライン５１０はそれぞれ洗浄プロセス前後の反射率測定の標準偏差パーセントである。このように、基板１０の良好な洗浄プロセスは高い温度で得られるが、良好な洗浄プロセスが８０℃の低い基板温度でもなお得られることをグラフは示している。従って、表４と図７のグラフは、良好な洗浄プロセス結果が水素含有ラジカルによる洗浄で得ることができることを示し、また、温度が低ｋ誘電体層のｋ値を過度に上げることなく最適な洗浄を与えるように慎重に選ぶべきであることを示している。
【００６８】
実施例６
本実施例は、熱処理ステップを行うことによって得ることができる改善された結果を示すものである。本実施例においては、Ｈ2ガスフローを供給しつつ、銅導体１６と低ｋ誘電体層１８を備えている基板１０を少なくとも約１００℃の温度に基板を加熱することを含む熱処理プロセスで処理した。その後、熱処理基板１０をろ過された水素含有ラジカル種を含む遠隔励起ガスによる洗浄プロセスにおいて洗浄して堆積物１２を銅導体１６の表面１４から除去した。その後、洗浄された表面１４上に窒化タンタル層を含む第二金属含有導体２１を堆積させるために堆積プロセスを行った。銅と窒化タンタル相互接続特徴部２０の電気抵抗について、図８におけるライン６００に示されるように、基板１０全体の特徴部２０を測定した。
【００６９】
熱処理結果を比較するために、基板１０を、熱処理ステップを含めずに処理し、基板１０全体の特徴部２０の電気抵抗を測定した。一プロセスにおいては、基板１０上に窒化タンタル層を堆積する前に、別個の熱処理ステップを含めずにろ過された水素含有ラジカルを含む遠隔励起ガスによって基板１０を洗浄し、その結果はライン６０２で示されている。他のプロセスにおいては、前洗浄又は熱処理ステップを行わずに窒化タンタル層を基板１０上に堆積し、その結果はライン６０４で示されている。
【００７０】
図８は、接触抵抗の低い基板２０全体の特徴部２０の割合は、洗浄し基板上に物質を堆積する前に熱処理ステップで処理された基板については非常に高いことを示している。図８は、抵抗測定値以下の抵抗を有する特徴部の割合を示すグラフであり、測定された抵抗値はグラフのｘ軸上に示され、特徴部の割合はグラフのｙ軸上に示されている。ライン６００に示されるように、熱処理ステップは、基板全体の約９５％より大きい特徴部２０について約１オーム/特徴部未満の抵抗を与える。対照的に、熱処理せずに処理された基板１０は、抵抗が約１オーム/特徴部未満である特徴部２０が約５％未満である。
【００７１】
実施例７
本実施例は、更に、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによって得られた改善された洗浄結果を示すものである。炭素含有残留物のような堆積物１２を洗浄する洗浄ガスの能力を求めるために、フォトレジスト層を含む基板１０を、水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスに晒した。これらの基板のフォトレジスト除去速度を測定し、従来の洗浄ガスに晒された層フォトレジストを有する基板１０のフォトレジスト除去速度と比較した。図９は、バー７００に示される水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスのフォトレジスト除去速度と、バー７０２に示される従来の洗浄ガスのフォトレジスト除去速度を示している。図９が示すように、フォトレジスト除去速度は、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスにより約３倍速いので、この洗浄ガスは従来の洗浄ガスより洗浄結果を著しく改善する。
【００７２】
実施例８
本実施例は、また、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによって得られた改善された洗浄結果を示すものである。本実施例においては、図１０のライン７０４で示されるように、その上に未変性酸化物膜１２を備えた金属含有導体１６を有する基板１０の反射率を測定した。その後、水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスに基板１０を晒すことにより基板１０を洗浄し、洗浄された基板１０の反射率を図１０のライン７０６に示されるように測定した。洗浄された基板１０の反射率は基板１０全体で約１２０％に近く、洗浄されていない基板１０の約４０％の比較的低い反射率に比較して、未変性酸化物１２のほぼ完全な除去が示された。従って、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄によって、基板１０上の金属含有導体１６の表面の良好な洗浄が得られる。
【００７３】
実施例９
本実施例においては、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスにより洗浄された特徴部２０の抵抗減少を示したものである。改善された抵抗を示すために、金属含有導体１６を備えた特徴部２０を有する基板を、続いての金属含有導体を堆積し複数の特徴部２０を接続した相互接続構造を形成する前に、水素含有ラジカルを含むガスで洗浄した。その後、オーム/構造の相互接続構造の抵抗を試験し、図１１のライン７０８で示されるように、測定された抵抗値と測定された抵抗を有する相互接続構造のパーセントをグラフにした。洗浄ステップを含まずに形成された相互接続特徴部の抵抗を測定し、図１１のライン７０９としてグラフにした。このように、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄プロセスによって、洗浄せずに形成された相互接続構造より抵抗が低い相互接続構造の割合が高くなった。
【００７４】
実施例１０
本実施例においては、キャパシタンスに対するろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄プロセスの影響を測定した。その上に続いての金属含有導体を堆積して相互接続構造を形成する前に、金属含有導体１６を有する基板１０を洗浄して堆積物を除去した。その後、図１２のライン７１０で示されるように、処理された基板によって形成されたキャパシタのキャパシタンスを測定した。図１２のライン７１２で示されるように、洗浄結果を、洗浄ステップを含めずに処理された基板上のキャパシタのキャパシタンスと比較した。このように、図１２が示すように、ろ過された水素含有ラジカルを含む励起洗浄ガスによる洗浄プロセスは、基板１０上の構造のキャパシタンスをほとんど変化させない。従って、誘電体層のｋ値に対する洗浄プロセスの影響は、望ましく最少であると考えられる。
【００７５】
本発明の例示的実施形態が図示され説明されるが、当業者は本発明を組込み、また、本発明の範囲内にある他の実施形態を講じることができる。例えば、当業者に明らかであるように、チャンバ１０６ａは特に記載された以外のコンポーネントを備えることができる。更に、下に、上に、底面、上面、上へ、下へ、第一、第二という用語、及び他の相対的又は位置の用語は、図面における例示的実施形態に関して示され、置き換えることができる。それ故、添付の特許請求の範囲は、本発明を具体的に説明するために本明細書に記載された好適な変形例、物質、又は空間的配置の説明に制限されるべきでない。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 基板
１２ 堆積物
１４ 表面
１６ 導体
１８ 低ｋ誘電体層
２０ 特徴部
３０ リモートゾーン
３５ リモートソース
４０ リモートチャンバ
５０ イオンフィルタ
５２ グリッド
５４ 開口
６２ コンジット
７０ ガス分配器
７２ ガス分配プレート
１００ プロセスチャンバ
１０２ 装置
１０６ チャンバ
１０８ プロセスゾーン
１１０ 基板支持体
１１７ 搬送チャンバ
１１９ ロボット
１２８ シールド
１２９ 流出口
１３０ ガス供給源
１４０ 温度制御システム
１４２ ヒータ
１４４ 排気システム
１６８ 排気システム
１７０ 排気ポート
１７４ スロットルバルブ
２１１ ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板洗浄方法であって、
（ａ）プロセスゾーン内に、炭素含有材料を有するｋ値が３未満の低ｋ誘電体層によって取り囲まれた金属含有表面を備える基板を配置するステップと、
（ｂ）リモートゾーンにおいて、少なくとも８０％容積のＨ2を含む洗浄ガスにエネルギーを結合してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第一比率を含んでいる励起ガスを形成するステップと、
（ｃ）該励起ガスをろ過してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第二比率を有するろ過された励起ガスを形成し、該第二比率が該第一比率と異なっているステップと、
（ｄ）該ろ過された励起ガスを該プロセスゾーンに導入して、該基板上の該低ｋ誘電体層の損傷を減少させつつ該基板を洗浄するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
（ｃ）が該励起ガスをろ過してろ過された励起ガスを形成し、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との該第二比率が該第一比率より低いステップを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該第一比率が該第二比率の値の少なくとも約１００倍である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
（ｃ）が（ｉ）該リモートゾーンと該プロセスゾーン間に電気的に接地されたグリッドを維持する工程と、（ｉｉ）該イオン水素含有化学種の数を減少させることができる石英表面全体に該励起ガスを通す工程の少なくとも１つを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
（ｂ）において、該洗浄ガスがＨ2Ｏを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
（ｂ）において、該洗浄ガスが窒素含有ガスを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
（ｂ）において、該洗浄ガスがＮＨ3を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
（ｂ）において、該洗浄ガスが約８０％〜約１００％容積のＨ2と約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
（ｂ）において、該洗浄ガスが約８０％〜約１００％容積のＨ2と、約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏと、約１％〜約２０％のＮＨ3とを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
（ｄ）が該基板の下の電極に約１００ワット未満のバイアス電力レベルを印加する工程を更に含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
該基板の温度を約１５０℃〜約３５０℃に維持するステップを更に含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
下にある金属含有導体を露出する特徴部がその中に形成され、炭素含有材料を有するｋ値が３未満の低ｋ誘電材料を含む基板を洗浄する方法であって、
（ａ）熱処理ステップにおいて、少なくとも約１００℃の該基板の温度を維持しつつ該基板を水素含有ガスに晒すステップと、
（ｂ）洗浄ステップにおいて、該基板をろ過された遠隔励起ガスに晒して該基板を洗浄するステップであって、該ろ過された遠隔励起ガスがラジカル水素含有化学種を含んでいる、前記ステップと、
を含み、該ろ過された遠隔励起ガスは、
（ｉ）リモートゾーンにおいて少なくとも８０％容積のＨ2を含む洗浄ガスにエネルギーを結合して遠隔励起ガスを形成する工程であって、該遠隔励起ガスがイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第一比率を含んでいる、前記工程と、
（ｉｉ）該遠隔励起ガスをろ過してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第二比率を有するろ過された励起ガスを形成する工程であって、該第二比率が該第一比率より低い、前記工程と、
（ｉｉｉ）該基板を該ろ過された励起ガスに晒して、該基板上の炭素を含有する該低ｋ誘電材料の損傷を減少させつつ該基板を洗浄する工程と、
により形成される、前記方法。
【請求項１３】
（ａ）が約１５０℃〜約３５０℃の基板の温度を維持する工程を含んでいる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）が約１００ｓｃｃｍ〜毎分約５リットルの容量流量でプロセスゾーンにＨ2フローを供給する工程と、約３０Ｔｏｒｒ未満のプロセスゾーンの圧力を維持する工程を含んでいる、請求項１２記載の方法。
【請求項１】
基板洗浄方法であって、
（ａ）プロセスゾーン内に、炭素含有材料を有するｋ値が３未満の低ｋ誘電体層によって取り囲まれた金属含有表面を備える基板を配置するステップと、
（ｂ）リモートゾーンにおいて、少なくとも８０％容積のＨ2を含む洗浄ガスにエネルギーを結合してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第一比率を含んでいる励起ガスを形成するステップと、
（ｃ）該励起ガスをろ過してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第二比率を有するろ過された励起ガスを形成し、該第二比率が該第一比率と異なっているステップと、
（ｄ）該ろ過された励起ガスを該プロセスゾーンに導入して、該基板上の該低ｋ誘電体層の損傷を減少させつつ該基板を洗浄するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
（ｃ）が該励起ガスをろ過してろ過された励起ガスを形成し、イオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との該第二比率が該第一比率より低いステップを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該第一比率が該第二比率の値の少なくとも約１００倍である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
（ｃ）が（ｉ）該リモートゾーンと該プロセスゾーン間に電気的に接地されたグリッドを維持する工程と、（ｉｉ）該イオン水素含有化学種の数を減少させることができる石英表面全体に該励起ガスを通す工程の少なくとも１つを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
（ｂ）において、該洗浄ガスがＨ2Ｏを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
（ｂ）において、該洗浄ガスが窒素含有ガスを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
（ｂ）において、該洗浄ガスがＮＨ3を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
（ｂ）において、該洗浄ガスが約８０％〜約１００％容積のＨ2と約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
（ｂ）において、該洗浄ガスが約８０％〜約１００％容積のＨ2と、約１％〜約２０％容積のＨ2Ｏと、約１％〜約２０％のＮＨ3とを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
（ｄ）が該基板の下の電極に約１００ワット未満のバイアス電力レベルを印加する工程を更に含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
該基板の温度を約１５０℃〜約３５０℃に維持するステップを更に含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
下にある金属含有導体を露出する特徴部がその中に形成され、炭素含有材料を有するｋ値が３未満の低ｋ誘電材料を含む基板を洗浄する方法であって、
（ａ）熱処理ステップにおいて、少なくとも約１００℃の該基板の温度を維持しつつ該基板を水素含有ガスに晒すステップと、
（ｂ）洗浄ステップにおいて、該基板をろ過された遠隔励起ガスに晒して該基板を洗浄するステップであって、該ろ過された遠隔励起ガスがラジカル水素含有化学種を含んでいる、前記ステップと、
を含み、該ろ過された遠隔励起ガスは、
（ｉ）リモートゾーンにおいて少なくとも８０％容積のＨ2を含む洗浄ガスにエネルギーを結合して遠隔励起ガスを形成する工程であって、該遠隔励起ガスがイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第一比率を含んでいる、前記工程と、
（ｉｉ）該遠隔励起ガスをろ過してイオン水素含有化学種とラジカル水素含有化学種との第二比率を有するろ過された励起ガスを形成する工程であって、該第二比率が該第一比率より低い、前記工程と、
（ｉｉｉ）該基板を該ろ過された励起ガスに晒して、該基板上の炭素を含有する該低ｋ誘電材料の損傷を減少させつつ該基板を洗浄する工程と、
により形成される、前記方法。
【請求項１３】
（ａ）が約１５０℃〜約３５０℃の基板の温度を維持する工程を含んでいる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）が約１００ｓｃｃｍ〜毎分約５リットルの容量流量でプロセスゾーンにＨ2フローを供給する工程と、約３０Ｔｏｒｒ未満のプロセスゾーンの圧力を維持する工程を含んでいる、請求項１２記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９９５７６（Ｐ２０１２−１９９５７６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２７１００（Ｐ２０１２−１２７１００）
【出願日】平成２４年６月４日（２０１２．６．４）
【分割の表示】特願２０１０−２５５０１５（Ｐ２０１０−２５５０１５）の分割
【原出願日】平成１６年２月１２日（２００４．２．１２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ペンティアム
２．フロッピー
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月４日（２０１２．６．４）
【分割の表示】特願２０１０−２５５０１５（Ｐ２０１０−２５５０１５）の分割
【原出願日】平成１６年２月１２日（２００４．２．１２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ペンティアム
２．フロッピー
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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