終点検出方法、基板処理方法、基板処理装置および基板処理システム
【課題】表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際に、その終点を簡便にかつ高精度で、迅速に検出することができる終点検出方法を提供すること。
【解決手段】処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する。
【解決手段】処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際の終点検出方法、そのような終点検出を含む基板処理方法、そのような終点検出機能を備えた基板処理装置、およびそのような基板処理装置を備えた基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低下ならびに配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められており、それに対応した技術として、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）を用い、層間絶縁膜としてＣｕ配線間の容量が低減されるように低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いたＣｕ多層配線技術が注目されている。
【０００３】
Ｃｕは酸化されやすく、その表面には容易に酸化銅が形成される。酸化銅は抵抗を増大させるため、これを除去する処理が施される。Ｃｕ膜表面の酸化銅を除去する手法としては蟻酸等の有機酸を用いた有機酸ドライクリーニングが提案されている（例えば、非特許文献１、２）。
【０００４】
このような有機酸ドライクリーニングでは、処理のスループットを向上させる観点から、酸化銅が除去されてＣｕ表面が露出した時点で、速やかにクリーニングの終点を検出することが望まれる。
【０００５】
このような有機酸ドライクリーニングの終点検出技術は未だ確立されてはいないが、以下の３つの方法が考えられる。
【０００６】
１つ目は、ドライクリーニング後のウエハを大気に曝露してから、エリプソメトリ等で酸化銅膜厚を測定する手法である（例えば、特許文献１）。
【０００７】
２つ目は、処理装置に銅表面を分析するためのｉｎ−ｓｉｔｕ計測装置を取り付けて、酸化銅膜厚や銅表面組成を測定する手法である（例えば、非特許文献３）。
【０００８】
３つ目は、ドライクリーニング後の銅表面にバリアメタルなどのキャップ膜をｉｎ−ｓｉｔｕで成膜し、銅とキャップ膜との界面を分析する手法である（例えば、非特許文献４）。
【０００９】
しかしながら、１つ目の手法は、大気に曝露してからの測定となるため、仮にプロセス終了時に酸化銅が除去できていたとしても、銅表面が自然酸化された状態で測定せざるを得ず、厳密には金属銅が露出する状態を確認することはできない。
【００１０】
２つ目の手法は、例えば３００ｍｍウエハ等の大口径基板においてドライクリーニングの面内均一性を確認することは困難である。
【００１１】
３つ目の手法は、界面分析を断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察や、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等で行う必要があり、測定結果が出るまでに時間がかかってしまう。
【特許文献１】特開２００７−４０９３０号公報
【非特許文献１】石川健治、他３名、「Ｃｕ表面のドライクリーニングの検討〜供給蒸気組成と流量制御〜」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００６秋 立命館大学）、３１ａ−ＺＮ−７、ｐ７５４
【非特許文献２】林 雅一、他３名、「Ｃｕ表面のドライクリーニングの検討〜有機酸蒸気による揮発性分子の生成〜」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００６秋 立命館大学）、３１ａ−ＺＮ−８、ｐ７５４
【非特許文献３】A. Satta et al., J. Electrochem. Soc.150(5) G300 (2003)
【非特許文献４】J. Nakahira et al., Proc. AdvancedMetallization Conference 2005 p569 (2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際に、その終点を簡便にかつ高精度で、迅速に検出することができる終点検出方法、そのような終点検出を含む基板処理方法、終点検出機能を備えた基板処理装置、およびそのような基板処理装置を備えた基板処理システムを提供することを目的とする。さらには、そのような終点検出方法、基板処理方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際の終点検出方法であって、処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする終点検出方法を提供する。
【００１４】
本発明の第２の観点では、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を処理室に収容させる工程と、前記処理室に有機酸を導入する工程と、前記基板を加熱しつつ前記導入した有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する工程と、前記処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する工程と、終点検出後に有機酸ガスの導入を停止する工程とを含む基板処理方法を提供する。
【００１５】
上記第１の観点および第２の観点において、前記有機酸として蟻酸を用い、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際の処理室内のＣＯ２またはＨ２の濃度変化に基づいて終点を検出するようにすることができる。
【００１６】
前記基板としては、配線層としての銅膜と、その上に形成されたキャップ膜とを有し、前記キャップ膜が前記銅膜までプラズマエッチングされているものを用いることができ、また、絶縁膜中に表面が露出するように埋め込まれた銅膜を有するものを用いることもできる。
【００１７】
本発明の第３の観点では、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を収容する処理室と、前記処理室に有機酸ガスを供給する有機酸ガス供給手段と、前記処理室内で基板を支持する支持部材と、前記支持部材に支持された基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内のガスまたは前記処理室から排出されたガスを採取するガス採取手段と、前記採取されたガスを分析するガス分析手段と、 前記ガス分析手段で計測された、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する終点検出手段とを具備することを特徴とする終点検出機能を備えた基板処理装置を提供する。
【００１８】
上記第３の観点において、前記有機酸ガス供給手段として蟻酸ガスを供給するものを用い、前記終点検出手段は二酸化炭素または水素の濃度変化に基づいて終点を検出する構成とすることができる。
【００１９】
また、前記ガス採取手段は、前記処理室に接続されたガス採取配管を有する構成とすることができ、また、前記処理室に接続された排気管に接続されたガス採取配管を有する構成とすることもできる。
【００２０】
さらに、前記ガス分析手段としては、質量分析計、赤外分光計、ガスクロマトグラフィ、または定電位電解式ガスセンサを有するものを用いることができる。さらにまた、前記加熱手段は、前記支持部材に設けられたヒーターを有する構成とすることができる。
【００２１】
本発明の第４の観点では、上記第３の観点の基板処理装置と、前記基板処理装置にて銅膜上の酸化膜が除去された基板の前記銅膜上に所定の膜を形成する成膜装置と、前記基板処理装置と前記成膜装置へ大気曝露することなく基板を搬送する基板搬送機構とを具備することを特徴とする基板処理システムを提供する。
【００２２】
本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の終点検出方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【００２３】
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第２の観点の基板処理方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出するので、ｉｎ−ｓｉｔｕにてリアルタイムで迅速に終点検出を行うことができる。また、処理室内の所定のガス成分の濃度を測定すればよく、簡便にかつ高精度で終点を検出することができる。さらに、このようにリアルタイムで迅速に終点検出することができることから、終点検出した時点で直ちにドライクリーニングを停止することにより、処理のスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の終点検出方法が適用可能なドライクリーニング装置の一例を示す概略構成図である。
【００２６】
ドライクリーニング装置１００は、ウエハＷを収容して真空保持可能なチャンバ１と、チャンバ１内に有機酸である蟻酸蒸気を供給する蟻酸供給機構２と、希釈ガスとして例えば窒素ガスやアルゴンガスをチャンバ１内に供給する希釈ガス供給機構３と、チャンバ１内を真空排気する排気機構４とを備えている。
【００２７】
チャンバ１内の底部には、収容したウエハＷを載置するための載置台５が設けられ、この載置台５の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒーター６が設けられている。チャンバ１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口７が形成されており、この搬入出口７はゲートバルブ８により開閉される。
【００２８】
チャンバ１の上部には、載置台５に対向するようにシャワーヘッド１０が設けられている。シャワーヘッド１０は、蟻酸供給機構２から供給された蟻酸（ＨＣＯＯＨ）および希釈ガス供給機構３から供給された希釈ガスを拡散させる拡散空間１１を内部に有するとともに、載置台５との対向面に、蟻酸蒸気または希釈ガスをチャンバ１内に吐出するための複数の吐出孔１２が形成されている。
【００２９】
チャンバ１の底壁には排気口９が形成されており、上記排気機構４は、排気口９に接続された排気管１６と、この排気管１６を介してチャンバ１内を排気する真空ポンプ１７と、排気管１６に設けられた圧力調整バルブ１８とを有している。
【００３０】
蟻酸供給機構２は、液体状の蟻酸が貯留された蟻酸貯留部２１と、蟻酸貯留部２１内の蟻酸を蒸気化するためのヒーター２２と、蒸気化された蟻酸をシャワーヘッド１０の拡散空間１１内に導く蟻酸蒸気供給ライン２３と、蟻酸蒸気供給ライン２３を流通する蟻酸蒸気の流量を調整する流量調整機構としてのマスフローコントローラ２４と、蟻酸蒸気供給ライン２３を開閉する開閉バルブ２５とを有している。
【００３１】
希釈ガス供給機構３は、希釈ガス、例えば窒素ガスやアルゴンガスを供給する希釈ガス供給源２６と、希釈ガスをシャワーヘッド１０の拡散空間１１内に導く希釈ガス供給ライン２７と、希釈ガス供給ライン２７を流通する窒素ガスの流量を調整する流量調整機構としてのマスフローコントローラ２８と、希釈ガス供給ライン２７を開閉する開閉バルブ２９とを有している。
【００３２】
チャンバ１にはガス採取口３１が設けられており、ガス採取口３１にはガス採取配管３２が接続されている。このガス採取配管３２の端部には、ガス分析装置３３が設けられている。ガス採取配管３２はバルブ３４が設けられている。ガス分析装置３３としては、ガス成分とその濃度を測定することができるものが用いられ、例えば四重極質量分析計（Ｑ−Ｍａｓｓ）等の質量分析計、ＩＲ（赤外分光計）、ガスクロマトグラフィ、定電位電解式ガスセンサ等を用いることができる。なお、定電位電解式ガスセンサは、例えば特開２００２−２１４１９０号公報に開示されている。
【００３３】
このドライクリーニング装置１００は、制御部４０を有しており、制御部４０は、プロセスコントローラ４１と、ユーザーインターフェース４２と、記憶部４３とを有している。プロセスコントローラ４１には、ドライクリーニング装置１００の各構成部、例えば、マスフローコントローラ２４，２８、バルブ２５，２９、真空ポンプ１７、圧力調整バルブ１８、ヒーター６，２２、ガス分析装置３３等が接続されており、これらがプロセスコントローラ４１によって制御される。
【００３４】
ユーザーインターフェース４２は、プロセスコントローラ４１に接続されており、オペレータが処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる。
【００３５】
記憶部４３は、プロセスコントローラ４１に接続されており、処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納されている。レシピは記憶部４３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３６】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４２からの指示等にて任意のレシピを記憶部４３から呼び出してプロセスコントローラ４１に実行させることで、プロセスコントローラ４１の制御下で、処理装置での所望の処理が行われる。
【００３７】
また、本実施形態においては、プロセスコントローラ４１は、ガス分析装置３３から測定結果を受け取り、それに基づいて、後述するようにして蟻酸によるドライクリーニングの終点を検出する機能を有している。
【００３８】
次に、このように構成された処理装置において、終点検出を含むドライクリーニングの手順について説明する。
【００３９】
ここでは、図２に示すように、下層の層間絶縁膜１０１の上に上層の層間絶縁膜１０２が形成され、下層の層間絶縁膜１０１に設けられた配線層であるＣｕ膜１０３に対応する位置において、上層の層間絶縁膜１０２にプラズマエッチングによりトレンチ１０４およびホール１０５を形成したウエハＷにおいて、Ｃｕ膜１０３の表面に形成された酸化銅１０７を除去する。層間絶縁膜の例としては、ＳｉＯ２膜やＬｏｗ−ｋ膜が挙げられる。なお、符号１０６はキャップ膜であり、具体的にはバリア絶縁膜である。
【００４０】
まず、ゲートバルブ８を開いた状態で、搬送装置（図示せず）により搬入出口７からチャンバ１内に上記構成のウエハＷを搬入し、載置台５に載置した後、ゲートバルブ８を閉じてチャンバ１内を密閉する。載置台５のウエハＷは、ヒーター６により所定の温度、好ましくは１００〜４００℃の範囲内の温度に加熱しておく。
【００４１】
そして、排気機構４によってチャンバ１内を所定の真空度に調整し、チャンバ１内に希釈ガスとともに蟻酸蒸気を供給する。チャンバ１内に供給された蟻酸蒸気は、加熱されたウエハＷに存在する酸化銅膜１０７との間で以下の（１）式の反応を生じさせ、酸化銅膜１０７を除去する。
Ｃｕ２Ｏ＋２ＨＣＯＯＨ→２Ｃｕ（ＨＣＯＯ）↑＋Ｈ２Ｏ↑ …（１）
【００４２】
このようにして酸化銅膜１０７の除去反応が進行し、Ｃｕ膜１０３が露出すると、供給された蟻酸蒸気は、以下の（２）式のように、二酸化炭素と水素に分解される。
ＨＣＯＯＨ→ＣＯ２＋Ｈ２ …（２）
【００４３】
このことは、非特許文献５（K. Ishikawa et al., Mat. Res.Soc. Symp.
Proc. 766 p.459 (2003)）に記載されている。この文献には、有機酸蒸気を用いてＣｕ表面をクリーニングする際のメカニズムを研究した結果が示されており、実際に銅表面上に形成された酸化銅に対して、長時間蟻酸ガスを供給して酸化銅の除去反応を終了させ、金属銅が露出した後にも蟻酸蒸気曝露を続けると気相中に二酸化炭素が発生することがこの非特許文献５のＦｉｇ．４に記載されており、この文献のＦｉｇ．４に対応する図面を図３に示す。
【００４４】
図３は、１９０℃に加熱されたサンプルに蟻酸蒸気を曝露した際の９０秒毎の赤外反射吸収分光（ＩＲ−ＲＡＳ）スペクトルを示す図であり、時間の経過にともなって、Ｃｕ２Ｏのピークが減少し、ＣＯ２のピークが増加するのがわかる。これは、金属銅の触媒作用により（２）式に従って蟻酸が分解した結果であると考えられる。
【００４５】
一方、加熱された酸化銅表面上に蟻酸蒸気を供給した場合、酸化銅が蟻酸によって化学反応で還元もしくはエッチングされる際に二酸化炭素や水素が生成する可能性はあるが、その量は多くはない。事実、図３では蟻酸供給開始直後の酸化銅が存在している段階では、二酸化炭素の発生を確認することができない。
【００４６】
すなわち、加熱された酸化銅表面上に蟻酸を供給する場合には、上記（２）式はほとんど進行せず、蟻酸から発生する二酸化炭素または水素の量は少ないのに対し、加熱された金属酸化銅表面上に蟻酸を供給する場合には、（２）式が進行し、蟻酸から発生する二酸化炭素や水素が多く発生する。したがって、このことを利用して酸化銅が除去されて金属銅表面が露出したことを検知することができ、これによりドライクリーニングの終点検出を行うことができる。
【００４７】
具体的には、金属銅が露出して蟻酸蒸気が分解して二酸化炭素と水素が発生すると、チャンバ１内の二酸化炭素と水素の濃度が変化するから、チャンバ１内のガスをガス採取口３１からガス採取配管３２を介してガス分析計３３に導いて二酸化炭素濃度または水素濃度をリアルタイムで測定し、その濃度変化から終点を検出する。つまり、酸化銅が除去されて金属銅が露出した時点で二酸化炭素濃度および水素濃度が上昇するから、二酸化炭素濃度または水素濃度が所定量上昇した時点でドライクリーニングが終点に達したと判断して蟻酸蒸気の供給を停止し、処理を終了する。
【００４８】
ガス分析装置３３としては、上述したように、ガス成分とその濃度を測定することができるものであればよく、例えば四重極質量分析計（Ｑ−Ｍａｓｓ）等の質量分析計、ＩＲ（赤外分光計）、ガスクロマトグラフィ等種々のものを用いることができる。ただし、ＩＲを用いた場合には、水素を検出することはできないから二酸化炭素を測定する。また、Ｑ−ＭａｓｓではＣＯ２のピークが他のピークと峻別することが困難であるため、水素を測定することが望ましい。
【００４９】
このようにして、蟻酸によるドライクリーニングの際に、二酸化炭素または水素の濃度をガス分析装置３３によりｉｎ−ｓｉｔｕにてリアルタイムで測定することができ、金属銅が露出した時点におけるこれらの濃度の変化を把握するのみでドライクリーニングの終点を検出するので、簡便にかつ高精度で、迅速に検出することができる。また、このようにリアルタイムで迅速に終点検出することができることから、終点検出した時点で直ちにドライクリーニングを停止することにより、処理のスループットを向上させることができる。
【００５０】
このようにしてドライクリーニングが終了した後のウエハＷに対しては、図４に示すようにビア１０５およびトレンチ１０４の側壁および底部にバリア層１０８の形成およびＣｕシード層１０９の形成を行った後、ビア１０５およびトレンチ１０４にめっきによりＣｕを埋め込むが、この場合に、ドライクリーニングにより酸化銅１０７を除去した後に大気曝露をしてからバリア層１０８、Ｃｕシード層１０９を形成すると、再び銅が酸化されてしまうことが懸念される。
【００５１】
このようなことを防止する観点からは、図５に示すようなクラスター型の処理システムを用いてドライクリーニング後に大気曝露することなくバリア層１０８およびＣｕシード層１０９を形成することが好ましい。
【００５２】
図５の処理システム２００は、上記ドライクリーニング１００と同様の構成を有するドライクリーニングユニット５１と、スパッタリングにてバリア層１０８を形成するバリア層形成ユニット５２と、スパッタリングによりＣｕシード層１０９を形成するシード層形成ユニット５３とを備えており、これらのユニット５１，５２，５３は八角形をなす搬送室５５の２つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、搬送室５５の他の２つの辺にはそれぞれロードロック室５６，５７が設けられている。これらロードロック室５６，５７の搬送室５５と反対側には搬入出室５８が設けられており、搬入出室５８のロードロック室５６，５７と反対側には被処理基板としての半導体ウエハＷを収容可能な３つのキャリアＣを取り付けるポート５９，６０，６１が設けられている。
【００５３】
上記搬送室５５およびユニット５１，５２，５３の内部は真空雰囲気に保持され、搬入出室５８は大気雰囲気に保持されるようになっている。また、ロードロック室５６，５７は、大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り換え可能となっている。
【００５４】
ドライクリーニングユニット５１と、バリア層形成ユニット５２と、シード層形成ユニット５３は、同図に示すように、搬送室５５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより搬送室５５と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより搬送室５５から遮断される。また、ロードロック室５６，５７は、搬送室５５の対応する辺に第１のゲートバルブＧ１を介して接続され、また、搬入出室５８に第２のゲートバルブＧ２を介して接続されている。そして、ロードロック室５６，５７は、第１のゲートバルブＧ１を開放することにより搬送室５５に連通され、第１のゲートバルブＧ１を閉じることにより搬送室から遮断される。また、第２のゲートバルブＧ２を開放することにより搬入出室５８に連通され、第２のゲートバルブＧ２を閉じることにより搬入出室５８から遮断される。
【００５５】
搬送室５５内には、ユニット５１，５２，５３、ロードロック室５６，５７に対して、ウエハＷの搬入出を行う搬送装置６２が設けられている。この搬送装置６２は、搬送室５５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部６３の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム６４ａ，６４ｂを有しており、これら２つの支持アーム６４ａ，６４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部６３に取り付けられている。
【００５６】
搬入出室５８のウエハ収納容器であるフープ（ＦＯＵＰ；Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）取り付け用の３つのポート５９，６０，６１にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これらポート５９，６０，６１にウエハＷを収容した、または空のフープＦがステージＳに載置された状態で直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ搬入出室５８と連通するようになっている。また、搬入出室５８の側面にはアライメントチャンバ６５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。
【００５７】
搬入出室５８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室５６，５７に対するウエハＷの搬入出を行う搬送装置６６が設けられている。この搬送装置６６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール６８上を走行可能となっていて、その先端の支持アーム６７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。
【００５８】
この処理システム２００は、制御部７０を有しており、処理システム２００の各構成部がこの制御部７０により制御されるようになっている。この制御部７０は、上記制御部４０と同様に構成されている。
【００５９】
このように構成された処理システム２００においては、いずれかのフープＦから搬送装置６６によりウエハＷを取り出してロードロック室５６または５７に搬入し、搬送装置６２によりロードロック室５６または５７から搬送室５５に搬送する。そして、まず、ドライクリーニングユニット５１にて蟻酸によるドライクリーニングを行って、ウエハＷのＣｕ膜１０３上に形成されている酸化銅１０７を除去する。
【００６０】
次に、搬送装置６２によりドライクリーニングユニット５１からウエハＷを取り出してバリア層形成ユニット５２に搬入し、スパッタリングによりバリア層１０８を形成する。
【００６１】
その後、搬送装置６２によりバリア層形成ユニット５２からウエハＷを取り出してシード層形成ユニット５３に搬入し、バリア層１０８の上にＣｕシード層１０９を形成する。
【００６２】
その後、ウエハＷは搬送装置６２によりロードロック室５６または５７に搬送され、その中を大気圧に戻した後、搬送装置６６により所定のフープＦに搬入される。そして、このような一連の処理をフープＦに収容されている枚数のウエハＷについて連続的に行う。
【００６３】
処理システム２００においては、このようにして大気曝露することなく、ドライクリーニング、バリア層１０８の形成、およびＣｕシード層１０９の形成を行うので、ドライクリーニング後に酸化銅をほとんど形成させることなく、バリア層１０８等を形成することができる。したがって、本実施形態の終点検出方法は、このようなクラスター型の処理システム２００に組み込んだドライクリーニングユニット５１に適用する場合に特に有効である。
【００６４】
Ｃｕシード層１０９形成後は、ウエハＷを処理システム２００から取り出してめっき装置に搬送するため、大気曝露されることとなるが、めっきの際には酸化銅が還元されるので悪影響はほとんど存在しない。
【００６５】
Ｃｕの埋込はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で行うこともできる。この場合には、Ｃｕ埋込ユニットをクラスター型の処理システムに搭載することができる。ＣＶＤによりＣｕの埋込を行う場合には、Ｃｕシード層の形成を省略してバリア層１０８の上に直接にＣｕ埋込を行ってもよい。
【００６６】
また、以上はＣｕ膜１０３の上の層間絶縁膜１０２をエッチングした後に形成された酸化銅１０７を除去する場合について説明したが、図６に示すように、Ｃｕ膜１０３の上にバリア絶縁膜１０６を形成する前にも、Ｃｕ膜１０３が酸化されて酸化銅１０７′が形成されるから、この段階でもドライクリーニングが行われ、同様の方法で終点検出を行うことができる。
【００６７】
この例の場合には、酸化銅１０７′を除去した後、図７に示すように、バリア絶縁膜１０６およびＬｏｗ−ｋ膜１０２が形成されるが、これらを大気曝露してから成膜すると、やはり再び銅が酸化されてしまうことが懸念される。
【００６８】
このため、このような場合にも上記図５に示すようなクラスター型の処理システムを用い、バリア層形成ユニット５２およびシード層形成ユニット５３の代わりに、バリア絶縁層形成ユニットおよびＬｏｗ−ｋ膜形成ユニットを搭載し、ドライクリーニングによる酸化銅１０７′の除去に引き続いて大気曝露することなくバリア絶縁層１０６およびＬｏｗ−ｋ膜１０２の形成を行うようにすることが好ましい。
【００６９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではチャンバ１から直接ガスを採取した例について示したが、図８に示すように、チャンバ１から排気管１６に排出されたガスをガス採取管３２′を介して採取してガス分析装置３３′に導くようにしてもよい。また、図８の例では、排気管１６からのガスの採取は真空ポンプ１７の上流側で行っているが、図９に示すように、真空ポンプ１７の下流側であってもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、有機酸として蟻酸を用いた場合を例にとって説明したが、これに限らず、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際とで所定のガス成分の濃度変化が生じる有機酸の全てに適用可能である。また、有機酸の気化方法として加熱により蒸発させる手法を用いたが、バブリング等、他の気化方法を採用してもよい。
【００７１】
さらに、キャップ膜としてバリア絶縁膜を用いた場合を例にとって説明したが、Ｃｕ上に選択成長させたキャップメタル膜やＣｕＳｉＮ膜を用いてもよい。
【００７２】
さらにまた、上記実施形態では、基板として半導体ウエハを用いた場合を例にとって説明したが、ＦＰＤのガラス基板等、他の基板であっても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の終点検出方法が適用可能なドライクリーニング装置の一例を示す概略構成図。
【図２】図１のドライクリーニング装置においてドライクリーニングが行われるウエハの構造例を示す断面図。
【図３】蟻酸によるドライクリーニングを行った際の赤外反射吸収分光（ＩＲ−ＲＡＳ）スペクトルにおけるＣｕ２ＯのピークとＣＯ２のピークの経時変化を示す図。
【図４】図２のウエハをドライクリーニングした後の工程を説明するための断面図。
【図５】Ｃｕ膜の再酸化を防止可能なクラスター型の処理システムを示す概略構成図。
【図６】図１のドライクリーニング装置においてドライクリーニングが行われるウエハの他の構造例を示す断面図。
【図７】図６のウエハをドライクリーニングした後の工程を説明するための断面図。
【図８】図１のドライクリーニング装置の変形例の一部を示す断面図。
【図９】図１のドライクリーニング装置の他の変形例の一部を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１；チャンバ
２；有機酸供給機構
４；排気機構
５；載置台
６；ヒーター
７；搬入出口
１０；シャワーヘッド
３２，３２′；ガス採取配管
３３，３３′；ガス分析装置
４０，７０；制御部
５１；ドライクリーニングユニット
５２；バリア層形成ユニット
５３；シード層形成ユニット
５５；搬送室
５６，５７；ロードロック室
５８；搬入出室
６２，６６；搬送装置
１００；ドライクリーニング装置
１０３；Ｃｕ膜
１０７，１０７′；酸化銅
２００；基板処理システム
Ｇ；ゲートバルブ
Ｗ；半導体ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際の終点検出方法、そのような終点検出を含む基板処理方法、そのような終点検出機能を備えた基板処理装置、およびそのような基板処理装置を備えた基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低下ならびに配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められており、それに対応した技術として、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）を用い、層間絶縁膜としてＣｕ配線間の容量が低減されるように低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いたＣｕ多層配線技術が注目されている。
【０００３】
Ｃｕは酸化されやすく、その表面には容易に酸化銅が形成される。酸化銅は抵抗を増大させるため、これを除去する処理が施される。Ｃｕ膜表面の酸化銅を除去する手法としては蟻酸等の有機酸を用いた有機酸ドライクリーニングが提案されている（例えば、非特許文献１、２）。
【０００４】
このような有機酸ドライクリーニングでは、処理のスループットを向上させる観点から、酸化銅が除去されてＣｕ表面が露出した時点で、速やかにクリーニングの終点を検出することが望まれる。
【０００５】
このような有機酸ドライクリーニングの終点検出技術は未だ確立されてはいないが、以下の３つの方法が考えられる。
【０００６】
１つ目は、ドライクリーニング後のウエハを大気に曝露してから、エリプソメトリ等で酸化銅膜厚を測定する手法である（例えば、特許文献１）。
【０００７】
２つ目は、処理装置に銅表面を分析するためのｉｎ−ｓｉｔｕ計測装置を取り付けて、酸化銅膜厚や銅表面組成を測定する手法である（例えば、非特許文献３）。
【０００８】
３つ目は、ドライクリーニング後の銅表面にバリアメタルなどのキャップ膜をｉｎ−ｓｉｔｕで成膜し、銅とキャップ膜との界面を分析する手法である（例えば、非特許文献４）。
【０００９】
しかしながら、１つ目の手法は、大気に曝露してからの測定となるため、仮にプロセス終了時に酸化銅が除去できていたとしても、銅表面が自然酸化された状態で測定せざるを得ず、厳密には金属銅が露出する状態を確認することはできない。
【００１０】
２つ目の手法は、例えば３００ｍｍウエハ等の大口径基板においてドライクリーニングの面内均一性を確認することは困難である。
【００１１】
３つ目の手法は、界面分析を断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察や、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等で行う必要があり、測定結果が出るまでに時間がかかってしまう。
【特許文献１】特開２００７−４０９３０号公報
【非特許文献１】石川健治、他３名、「Ｃｕ表面のドライクリーニングの検討〜供給蒸気組成と流量制御〜」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００６秋 立命館大学）、３１ａ−ＺＮ−７、ｐ７５４
【非特許文献２】林 雅一、他３名、「Ｃｕ表面のドライクリーニングの検討〜有機酸蒸気による揮発性分子の生成〜」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００６秋 立命館大学）、３１ａ−ＺＮ−８、ｐ７５４
【非特許文献３】A. Satta et al., J. Electrochem. Soc.150(5) G300 (2003)
【非特許文献４】J. Nakahira et al., Proc. AdvancedMetallization Conference 2005 p569 (2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際に、その終点を簡便にかつ高精度で、迅速に検出することができる終点検出方法、そのような終点検出を含む基板処理方法、終点検出機能を備えた基板処理装置、およびそのような基板処理装置を備えた基板処理システムを提供することを目的とする。さらには、そのような終点検出方法、基板処理方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際の終点検出方法であって、処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする終点検出方法を提供する。
【００１４】
本発明の第２の観点では、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を処理室に収容させる工程と、前記処理室に有機酸を導入する工程と、前記基板を加熱しつつ前記導入した有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する工程と、前記処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する工程と、終点検出後に有機酸ガスの導入を停止する工程とを含む基板処理方法を提供する。
【００１５】
上記第１の観点および第２の観点において、前記有機酸として蟻酸を用い、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際の処理室内のＣＯ２またはＨ２の濃度変化に基づいて終点を検出するようにすることができる。
【００１６】
前記基板としては、配線層としての銅膜と、その上に形成されたキャップ膜とを有し、前記キャップ膜が前記銅膜までプラズマエッチングされているものを用いることができ、また、絶縁膜中に表面が露出するように埋め込まれた銅膜を有するものを用いることもできる。
【００１７】
本発明の第３の観点では、表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を収容する処理室と、前記処理室に有機酸ガスを供給する有機酸ガス供給手段と、前記処理室内で基板を支持する支持部材と、前記支持部材に支持された基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内のガスまたは前記処理室から排出されたガスを採取するガス採取手段と、前記採取されたガスを分析するガス分析手段と、 前記ガス分析手段で計測された、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する終点検出手段とを具備することを特徴とする終点検出機能を備えた基板処理装置を提供する。
【００１８】
上記第３の観点において、前記有機酸ガス供給手段として蟻酸ガスを供給するものを用い、前記終点検出手段は二酸化炭素または水素の濃度変化に基づいて終点を検出する構成とすることができる。
【００１９】
また、前記ガス採取手段は、前記処理室に接続されたガス採取配管を有する構成とすることができ、また、前記処理室に接続された排気管に接続されたガス採取配管を有する構成とすることもできる。
【００２０】
さらに、前記ガス分析手段としては、質量分析計、赤外分光計、ガスクロマトグラフィ、または定電位電解式ガスセンサを有するものを用いることができる。さらにまた、前記加熱手段は、前記支持部材に設けられたヒーターを有する構成とすることができる。
【００２１】
本発明の第４の観点では、上記第３の観点の基板処理装置と、前記基板処理装置にて銅膜上の酸化膜が除去された基板の前記銅膜上に所定の膜を形成する成膜装置と、前記基板処理装置と前記成膜装置へ大気曝露することなく基板を搬送する基板搬送機構とを具備することを特徴とする基板処理システムを提供する。
【００２２】
本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点の終点検出方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【００２３】
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第２の観点の基板処理方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出するので、ｉｎ−ｓｉｔｕにてリアルタイムで迅速に終点検出を行うことができる。また、処理室内の所定のガス成分の濃度を測定すればよく、簡便にかつ高精度で終点を検出することができる。さらに、このようにリアルタイムで迅速に終点検出することができることから、終点検出した時点で直ちにドライクリーニングを停止することにより、処理のスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の終点検出方法が適用可能なドライクリーニング装置の一例を示す概略構成図である。
【００２６】
ドライクリーニング装置１００は、ウエハＷを収容して真空保持可能なチャンバ１と、チャンバ１内に有機酸である蟻酸蒸気を供給する蟻酸供給機構２と、希釈ガスとして例えば窒素ガスやアルゴンガスをチャンバ１内に供給する希釈ガス供給機構３と、チャンバ１内を真空排気する排気機構４とを備えている。
【００２７】
チャンバ１内の底部には、収容したウエハＷを載置するための載置台５が設けられ、この載置台５の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒーター６が設けられている。チャンバ１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口７が形成されており、この搬入出口７はゲートバルブ８により開閉される。
【００２８】
チャンバ１の上部には、載置台５に対向するようにシャワーヘッド１０が設けられている。シャワーヘッド１０は、蟻酸供給機構２から供給された蟻酸（ＨＣＯＯＨ）および希釈ガス供給機構３から供給された希釈ガスを拡散させる拡散空間１１を内部に有するとともに、載置台５との対向面に、蟻酸蒸気または希釈ガスをチャンバ１内に吐出するための複数の吐出孔１２が形成されている。
【００２９】
チャンバ１の底壁には排気口９が形成されており、上記排気機構４は、排気口９に接続された排気管１６と、この排気管１６を介してチャンバ１内を排気する真空ポンプ１７と、排気管１６に設けられた圧力調整バルブ１８とを有している。
【００３０】
蟻酸供給機構２は、液体状の蟻酸が貯留された蟻酸貯留部２１と、蟻酸貯留部２１内の蟻酸を蒸気化するためのヒーター２２と、蒸気化された蟻酸をシャワーヘッド１０の拡散空間１１内に導く蟻酸蒸気供給ライン２３と、蟻酸蒸気供給ライン２３を流通する蟻酸蒸気の流量を調整する流量調整機構としてのマスフローコントローラ２４と、蟻酸蒸気供給ライン２３を開閉する開閉バルブ２５とを有している。
【００３１】
希釈ガス供給機構３は、希釈ガス、例えば窒素ガスやアルゴンガスを供給する希釈ガス供給源２６と、希釈ガスをシャワーヘッド１０の拡散空間１１内に導く希釈ガス供給ライン２７と、希釈ガス供給ライン２７を流通する窒素ガスの流量を調整する流量調整機構としてのマスフローコントローラ２８と、希釈ガス供給ライン２７を開閉する開閉バルブ２９とを有している。
【００３２】
チャンバ１にはガス採取口３１が設けられており、ガス採取口３１にはガス採取配管３２が接続されている。このガス採取配管３２の端部には、ガス分析装置３３が設けられている。ガス採取配管３２はバルブ３４が設けられている。ガス分析装置３３としては、ガス成分とその濃度を測定することができるものが用いられ、例えば四重極質量分析計（Ｑ−Ｍａｓｓ）等の質量分析計、ＩＲ（赤外分光計）、ガスクロマトグラフィ、定電位電解式ガスセンサ等を用いることができる。なお、定電位電解式ガスセンサは、例えば特開２００２−２１４１９０号公報に開示されている。
【００３３】
このドライクリーニング装置１００は、制御部４０を有しており、制御部４０は、プロセスコントローラ４１と、ユーザーインターフェース４２と、記憶部４３とを有している。プロセスコントローラ４１には、ドライクリーニング装置１００の各構成部、例えば、マスフローコントローラ２４，２８、バルブ２５，２９、真空ポンプ１７、圧力調整バルブ１８、ヒーター６，２２、ガス分析装置３３等が接続されており、これらがプロセスコントローラ４１によって制御される。
【００３４】
ユーザーインターフェース４２は、プロセスコントローラ４１に接続されており、オペレータが処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる。
【００３５】
記憶部４３は、プロセスコントローラ４１に接続されており、処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納されている。レシピは記憶部４３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３６】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４２からの指示等にて任意のレシピを記憶部４３から呼び出してプロセスコントローラ４１に実行させることで、プロセスコントローラ４１の制御下で、処理装置での所望の処理が行われる。
【００３７】
また、本実施形態においては、プロセスコントローラ４１は、ガス分析装置３３から測定結果を受け取り、それに基づいて、後述するようにして蟻酸によるドライクリーニングの終点を検出する機能を有している。
【００３８】
次に、このように構成された処理装置において、終点検出を含むドライクリーニングの手順について説明する。
【００３９】
ここでは、図２に示すように、下層の層間絶縁膜１０１の上に上層の層間絶縁膜１０２が形成され、下層の層間絶縁膜１０１に設けられた配線層であるＣｕ膜１０３に対応する位置において、上層の層間絶縁膜１０２にプラズマエッチングによりトレンチ１０４およびホール１０５を形成したウエハＷにおいて、Ｃｕ膜１０３の表面に形成された酸化銅１０７を除去する。層間絶縁膜の例としては、ＳｉＯ２膜やＬｏｗ−ｋ膜が挙げられる。なお、符号１０６はキャップ膜であり、具体的にはバリア絶縁膜である。
【００４０】
まず、ゲートバルブ８を開いた状態で、搬送装置（図示せず）により搬入出口７からチャンバ１内に上記構成のウエハＷを搬入し、載置台５に載置した後、ゲートバルブ８を閉じてチャンバ１内を密閉する。載置台５のウエハＷは、ヒーター６により所定の温度、好ましくは１００〜４００℃の範囲内の温度に加熱しておく。
【００４１】
そして、排気機構４によってチャンバ１内を所定の真空度に調整し、チャンバ１内に希釈ガスとともに蟻酸蒸気を供給する。チャンバ１内に供給された蟻酸蒸気は、加熱されたウエハＷに存在する酸化銅膜１０７との間で以下の（１）式の反応を生じさせ、酸化銅膜１０７を除去する。
Ｃｕ２Ｏ＋２ＨＣＯＯＨ→２Ｃｕ（ＨＣＯＯ）↑＋Ｈ２Ｏ↑ …（１）
【００４２】
このようにして酸化銅膜１０７の除去反応が進行し、Ｃｕ膜１０３が露出すると、供給された蟻酸蒸気は、以下の（２）式のように、二酸化炭素と水素に分解される。
ＨＣＯＯＨ→ＣＯ２＋Ｈ２ …（２）
【００４３】
このことは、非特許文献５（K. Ishikawa et al., Mat. Res.Soc. Symp.
Proc. 766 p.459 (2003)）に記載されている。この文献には、有機酸蒸気を用いてＣｕ表面をクリーニングする際のメカニズムを研究した結果が示されており、実際に銅表面上に形成された酸化銅に対して、長時間蟻酸ガスを供給して酸化銅の除去反応を終了させ、金属銅が露出した後にも蟻酸蒸気曝露を続けると気相中に二酸化炭素が発生することがこの非特許文献５のＦｉｇ．４に記載されており、この文献のＦｉｇ．４に対応する図面を図３に示す。
【００４４】
図３は、１９０℃に加熱されたサンプルに蟻酸蒸気を曝露した際の９０秒毎の赤外反射吸収分光（ＩＲ−ＲＡＳ）スペクトルを示す図であり、時間の経過にともなって、Ｃｕ２Ｏのピークが減少し、ＣＯ２のピークが増加するのがわかる。これは、金属銅の触媒作用により（２）式に従って蟻酸が分解した結果であると考えられる。
【００４５】
一方、加熱された酸化銅表面上に蟻酸蒸気を供給した場合、酸化銅が蟻酸によって化学反応で還元もしくはエッチングされる際に二酸化炭素や水素が生成する可能性はあるが、その量は多くはない。事実、図３では蟻酸供給開始直後の酸化銅が存在している段階では、二酸化炭素の発生を確認することができない。
【００４６】
すなわち、加熱された酸化銅表面上に蟻酸を供給する場合には、上記（２）式はほとんど進行せず、蟻酸から発生する二酸化炭素または水素の量は少ないのに対し、加熱された金属酸化銅表面上に蟻酸を供給する場合には、（２）式が進行し、蟻酸から発生する二酸化炭素や水素が多く発生する。したがって、このことを利用して酸化銅が除去されて金属銅表面が露出したことを検知することができ、これによりドライクリーニングの終点検出を行うことができる。
【００４７】
具体的には、金属銅が露出して蟻酸蒸気が分解して二酸化炭素と水素が発生すると、チャンバ１内の二酸化炭素と水素の濃度が変化するから、チャンバ１内のガスをガス採取口３１からガス採取配管３２を介してガス分析計３３に導いて二酸化炭素濃度または水素濃度をリアルタイムで測定し、その濃度変化から終点を検出する。つまり、酸化銅が除去されて金属銅が露出した時点で二酸化炭素濃度および水素濃度が上昇するから、二酸化炭素濃度または水素濃度が所定量上昇した時点でドライクリーニングが終点に達したと判断して蟻酸蒸気の供給を停止し、処理を終了する。
【００４８】
ガス分析装置３３としては、上述したように、ガス成分とその濃度を測定することができるものであればよく、例えば四重極質量分析計（Ｑ−Ｍａｓｓ）等の質量分析計、ＩＲ（赤外分光計）、ガスクロマトグラフィ等種々のものを用いることができる。ただし、ＩＲを用いた場合には、水素を検出することはできないから二酸化炭素を測定する。また、Ｑ−ＭａｓｓではＣＯ２のピークが他のピークと峻別することが困難であるため、水素を測定することが望ましい。
【００４９】
このようにして、蟻酸によるドライクリーニングの際に、二酸化炭素または水素の濃度をガス分析装置３３によりｉｎ−ｓｉｔｕにてリアルタイムで測定することができ、金属銅が露出した時点におけるこれらの濃度の変化を把握するのみでドライクリーニングの終点を検出するので、簡便にかつ高精度で、迅速に検出することができる。また、このようにリアルタイムで迅速に終点検出することができることから、終点検出した時点で直ちにドライクリーニングを停止することにより、処理のスループットを向上させることができる。
【００５０】
このようにしてドライクリーニングが終了した後のウエハＷに対しては、図４に示すようにビア１０５およびトレンチ１０４の側壁および底部にバリア層１０８の形成およびＣｕシード層１０９の形成を行った後、ビア１０５およびトレンチ１０４にめっきによりＣｕを埋め込むが、この場合に、ドライクリーニングにより酸化銅１０７を除去した後に大気曝露をしてからバリア層１０８、Ｃｕシード層１０９を形成すると、再び銅が酸化されてしまうことが懸念される。
【００５１】
このようなことを防止する観点からは、図５に示すようなクラスター型の処理システムを用いてドライクリーニング後に大気曝露することなくバリア層１０８およびＣｕシード層１０９を形成することが好ましい。
【００５２】
図５の処理システム２００は、上記ドライクリーニング１００と同様の構成を有するドライクリーニングユニット５１と、スパッタリングにてバリア層１０８を形成するバリア層形成ユニット５２と、スパッタリングによりＣｕシード層１０９を形成するシード層形成ユニット５３とを備えており、これらのユニット５１，５２，５３は八角形をなす搬送室５５の２つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、搬送室５５の他の２つの辺にはそれぞれロードロック室５６，５７が設けられている。これらロードロック室５６，５７の搬送室５５と反対側には搬入出室５８が設けられており、搬入出室５８のロードロック室５６，５７と反対側には被処理基板としての半導体ウエハＷを収容可能な３つのキャリアＣを取り付けるポート５９，６０，６１が設けられている。
【００５３】
上記搬送室５５およびユニット５１，５２，５３の内部は真空雰囲気に保持され、搬入出室５８は大気雰囲気に保持されるようになっている。また、ロードロック室５６，５７は、大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り換え可能となっている。
【００５４】
ドライクリーニングユニット５１と、バリア層形成ユニット５２と、シード層形成ユニット５３は、同図に示すように、搬送室５５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより搬送室５５と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより搬送室５５から遮断される。また、ロードロック室５６，５７は、搬送室５５の対応する辺に第１のゲートバルブＧ１を介して接続され、また、搬入出室５８に第２のゲートバルブＧ２を介して接続されている。そして、ロードロック室５６，５７は、第１のゲートバルブＧ１を開放することにより搬送室５５に連通され、第１のゲートバルブＧ１を閉じることにより搬送室から遮断される。また、第２のゲートバルブＧ２を開放することにより搬入出室５８に連通され、第２のゲートバルブＧ２を閉じることにより搬入出室５８から遮断される。
【００５５】
搬送室５５内には、ユニット５１，５２，５３、ロードロック室５６，５７に対して、ウエハＷの搬入出を行う搬送装置６２が設けられている。この搬送装置６２は、搬送室５５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部６３の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム６４ａ，６４ｂを有しており、これら２つの支持アーム６４ａ，６４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部６３に取り付けられている。
【００５６】
搬入出室５８のウエハ収納容器であるフープ（ＦＯＵＰ；Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）取り付け用の３つのポート５９，６０，６１にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これらポート５９，６０，６１にウエハＷを収容した、または空のフープＦがステージＳに載置された状態で直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ搬入出室５８と連通するようになっている。また、搬入出室５８の側面にはアライメントチャンバ６５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。
【００５７】
搬入出室５８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室５６，５７に対するウエハＷの搬入出を行う搬送装置６６が設けられている。この搬送装置６６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール６８上を走行可能となっていて、その先端の支持アーム６７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。
【００５８】
この処理システム２００は、制御部７０を有しており、処理システム２００の各構成部がこの制御部７０により制御されるようになっている。この制御部７０は、上記制御部４０と同様に構成されている。
【００５９】
このように構成された処理システム２００においては、いずれかのフープＦから搬送装置６６によりウエハＷを取り出してロードロック室５６または５７に搬入し、搬送装置６２によりロードロック室５６または５７から搬送室５５に搬送する。そして、まず、ドライクリーニングユニット５１にて蟻酸によるドライクリーニングを行って、ウエハＷのＣｕ膜１０３上に形成されている酸化銅１０７を除去する。
【００６０】
次に、搬送装置６２によりドライクリーニングユニット５１からウエハＷを取り出してバリア層形成ユニット５２に搬入し、スパッタリングによりバリア層１０８を形成する。
【００６１】
その後、搬送装置６２によりバリア層形成ユニット５２からウエハＷを取り出してシード層形成ユニット５３に搬入し、バリア層１０８の上にＣｕシード層１０９を形成する。
【００６２】
その後、ウエハＷは搬送装置６２によりロードロック室５６または５７に搬送され、その中を大気圧に戻した後、搬送装置６６により所定のフープＦに搬入される。そして、このような一連の処理をフープＦに収容されている枚数のウエハＷについて連続的に行う。
【００６３】
処理システム２００においては、このようにして大気曝露することなく、ドライクリーニング、バリア層１０８の形成、およびＣｕシード層１０９の形成を行うので、ドライクリーニング後に酸化銅をほとんど形成させることなく、バリア層１０８等を形成することができる。したがって、本実施形態の終点検出方法は、このようなクラスター型の処理システム２００に組み込んだドライクリーニングユニット５１に適用する場合に特に有効である。
【００６４】
Ｃｕシード層１０９形成後は、ウエハＷを処理システム２００から取り出してめっき装置に搬送するため、大気曝露されることとなるが、めっきの際には酸化銅が還元されるので悪影響はほとんど存在しない。
【００６５】
Ｃｕの埋込はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で行うこともできる。この場合には、Ｃｕ埋込ユニットをクラスター型の処理システムに搭載することができる。ＣＶＤによりＣｕの埋込を行う場合には、Ｃｕシード層の形成を省略してバリア層１０８の上に直接にＣｕ埋込を行ってもよい。
【００６６】
また、以上はＣｕ膜１０３の上の層間絶縁膜１０２をエッチングした後に形成された酸化銅１０７を除去する場合について説明したが、図６に示すように、Ｃｕ膜１０３の上にバリア絶縁膜１０６を形成する前にも、Ｃｕ膜１０３が酸化されて酸化銅１０７′が形成されるから、この段階でもドライクリーニングが行われ、同様の方法で終点検出を行うことができる。
【００６７】
この例の場合には、酸化銅１０７′を除去した後、図７に示すように、バリア絶縁膜１０６およびＬｏｗ−ｋ膜１０２が形成されるが、これらを大気曝露してから成膜すると、やはり再び銅が酸化されてしまうことが懸念される。
【００６８】
このため、このような場合にも上記図５に示すようなクラスター型の処理システムを用い、バリア層形成ユニット５２およびシード層形成ユニット５３の代わりに、バリア絶縁層形成ユニットおよびＬｏｗ−ｋ膜形成ユニットを搭載し、ドライクリーニングによる酸化銅１０７′の除去に引き続いて大気曝露することなくバリア絶縁層１０６およびＬｏｗ−ｋ膜１０２の形成を行うようにすることが好ましい。
【００６９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではチャンバ１から直接ガスを採取した例について示したが、図８に示すように、チャンバ１から排気管１６に排出されたガスをガス採取管３２′を介して採取してガス分析装置３３′に導くようにしてもよい。また、図８の例では、排気管１６からのガスの採取は真空ポンプ１７の上流側で行っているが、図９に示すように、真空ポンプ１７の下流側であってもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、有機酸として蟻酸を用いた場合を例にとって説明したが、これに限らず、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際とで所定のガス成分の濃度変化が生じる有機酸の全てに適用可能である。また、有機酸の気化方法として加熱により蒸発させる手法を用いたが、バブリング等、他の気化方法を採用してもよい。
【００７１】
さらに、キャップ膜としてバリア絶縁膜を用いた場合を例にとって説明したが、Ｃｕ上に選択成長させたキャップメタル膜やＣｕＳｉＮ膜を用いてもよい。
【００７２】
さらにまた、上記実施形態では、基板として半導体ウエハを用いた場合を例にとって説明したが、ＦＰＤのガラス基板等、他の基板であっても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の終点検出方法が適用可能なドライクリーニング装置の一例を示す概略構成図。
【図２】図１のドライクリーニング装置においてドライクリーニングが行われるウエハの構造例を示す断面図。
【図３】蟻酸によるドライクリーニングを行った際の赤外反射吸収分光（ＩＲ−ＲＡＳ）スペクトルにおけるＣｕ２ＯのピークとＣＯ２のピークの経時変化を示す図。
【図４】図２のウエハをドライクリーニングした後の工程を説明するための断面図。
【図５】Ｃｕ膜の再酸化を防止可能なクラスター型の処理システムを示す概略構成図。
【図６】図１のドライクリーニング装置においてドライクリーニングが行われるウエハの他の構造例を示す断面図。
【図７】図６のウエハをドライクリーニングした後の工程を説明するための断面図。
【図８】図１のドライクリーニング装置の変形例の一部を示す断面図。
【図９】図１のドライクリーニング装置の他の変形例の一部を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１；チャンバ
２；有機酸供給機構
４；排気機構
５；載置台
６；ヒーター
７；搬入出口
１０；シャワーヘッド
３２，３２′；ガス採取配管
３３，３３′；ガス分析装置
４０，７０；制御部
５１；ドライクリーニングユニット
５２；バリア層形成ユニット
５３；シード層形成ユニット
５５；搬送室
５６，５７；ロードロック室
５８；搬入出室
６２，６６；搬送装置
１００；ドライクリーニング装置
１０３；Ｃｕ膜
１０７，１０７′；酸化銅
２００；基板処理システム
Ｇ；ゲートバルブ
Ｗ；半導体ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際の終点検出方法であって、
処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする終点検出方法。
【請求項２】
前記有機酸は蟻酸であり、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際の処理室内のＣＯ２またはＨ２の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする請求項１に記載の終点検出方法。
【請求項３】
前記基板は、配線層としての銅膜と、その上に形成されたキャップ膜とを有し、前記キャップ膜が前記銅膜までプラズマエッチングされているものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の終点検出方法。
【請求項４】
前記基板は、絶縁膜中に表面が露出するように埋め込まれた銅膜を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の終点検出方法。
【請求項５】
表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を処理室に収容させる工程と、
前記処理室に有機酸を導入する工程と、
前記基板を加熱しつつ前記導入した有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する工程と、
前記処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する工程と、
終点検出後に有機酸ガスの導入を停止する工程と
を含む基板処理方法。
【請求項６】
前記有機酸は蟻酸であり、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際の処理室内のＣＯ２またはＨ２の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記基板は、配線層としての銅膜と、その上に形成されたキャップ膜とを有し、前記キャップ膜が前記銅膜までプラズマエッチングされているものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記基板は、絶縁膜中に表面が露出するように埋め込まれた銅膜を有するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項９】
表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を収容する処理室と、
前記処理室に有機酸ガスを供給する有機酸ガス供給手段と、
前記処理室内で基板を支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内のガスまたは前記処理室から排出されたガスを採取するガス採取手段と、
前記採取されたガスを分析するガス分析手段と、
前記ガス分析手段で計測された、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する終点検出手段と
を具備することを特徴とする終点検出機能を備えた基板処理装置。
【請求項１０】
前記有機酸ガス供給手段は蟻酸ガスを供給し、前記終点検出手段は二酸化炭素または水素の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記ガス採取手段は、前記処理室に接続されたガス採取配管を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記排気手段は、前記処理室に接続された排気管を有し、前記ガス採取手段は前記排気管に接続されたガス採取配管を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記ガス分析手段は、質量分析計、赤外分光計、ガスクロマトグラフィ、または定電位電解式ガスセンサを有することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記加熱手段は、前記支持部材に設けられたヒーターを有することを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記請求項９から請求項１４のいずれかに記載の基板処理装置と、
前記基板処理装置にて銅膜上の酸化膜が除去された基板の前記銅膜上に所定の膜を形成する成膜装置と、
前記基板処理装置と前記成膜装置へ大気曝露することなく基板を搬送する基板搬送機構と
を具備することを特徴とする基板処理システム。
【請求項１６】
コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項４のいずれかの終点検出方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１７】
コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項５から請求項８のいずれかの基板処理方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１】
表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板に対し、有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する際の終点検出方法であって、
処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする終点検出方法。
【請求項２】
前記有機酸は蟻酸であり、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際の処理室内のＣＯ２またはＨ２の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする請求項１に記載の終点検出方法。
【請求項３】
前記基板は、配線層としての銅膜と、その上に形成されたキャップ膜とを有し、前記キャップ膜が前記銅膜までプラズマエッチングされているものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の終点検出方法。
【請求項４】
前記基板は、絶縁膜中に表面が露出するように埋め込まれた銅膜を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の終点検出方法。
【請求項５】
表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を処理室に収容させる工程と、
前記処理室に有機酸を導入する工程と、
前記基板を加熱しつつ前記導入した有機酸にてドライクリーニングを施して酸化銅を除去する工程と、
前記処理室内に有機酸ガスを導入してドライ洗浄処理を行っている際の処理室内のガスまたは処理室から排出されたガスの分析を行って、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する工程と、
終点検出後に有機酸ガスの導入を停止する工程と
を含む基板処理方法。
【請求項６】
前記有機酸は蟻酸であり、酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際の処理室内のＣＯ２またはＨ２の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記基板は、配線層としての銅膜と、その上に形成されたキャップ膜とを有し、前記キャップ膜が前記銅膜までプラズマエッチングされているものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記基板は、絶縁膜中に表面が露出するように埋め込まれた銅膜を有するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項９】
表面に酸化銅が形成された銅膜を有する基板を収容する処理室と、
前記処理室に有機酸ガスを供給する有機酸ガス供給手段と、
前記処理室内で基板を支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内のガスまたは前記処理室から排出されたガスを採取するガス採取手段と、
前記採取されたガスを分析するガス分析手段と、
前記ガス分析手段で計測された、基板に酸化銅が形成されている際と酸化銅が除去された際との所定のガス成分の濃度変化に基づいて終点を検出する終点検出手段と
を具備することを特徴とする終点検出機能を備えた基板処理装置。
【請求項１０】
前記有機酸ガス供給手段は蟻酸ガスを供給し、前記終点検出手段は二酸化炭素または水素の濃度変化に基づいて終点を検出することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記ガス採取手段は、前記処理室に接続されたガス採取配管を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記排気手段は、前記処理室に接続された排気管を有し、前記ガス採取手段は前記排気管に接続されたガス採取配管を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記ガス分析手段は、質量分析計、赤外分光計、ガスクロマトグラフィ、または定電位電解式ガスセンサを有することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記加熱手段は、前記支持部材に設けられたヒーターを有することを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記請求項９から請求項１４のいずれかに記載の基板処理装置と、
前記基板処理装置にて銅膜上の酸化膜が除去された基板の前記銅膜上に所定の膜を形成する成膜装置と、
前記基板処理装置と前記成膜装置へ大気曝露することなく基板を搬送する基板搬送機構と
を具備することを特徴とする基板処理システム。
【請求項１６】
コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項４のいずれかの終点検出方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１７】
コンピュータ上で動作し、基板処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項５から請求項８のいずれかの基板処理方法が行われるようにコンピュータに前記基板処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２７７８７（Ｐ２０１０−２７７８７Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８６１５１（Ｐ２００８−１８６１５１）
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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