高圧ベベルエッチング処理
半導体基板が半導体基板支持部上に支持されたベベルエッチング装置内において、プラズマによる半導体基板のベベルエッジエッチングを行う際にアーク放電を防止する方法は、３〜１００Ｔｏｒｒの圧力までベベルエッチング装置を排気した状態で、ウェーハにおいて見られるＲＦ電圧を、アーク放電が回避される十分に低い値に維持しつつ、ベベルエッチング装置においてプラズマによる半導体基板のベベルエッジエッチングを行うステップを備える。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許法第１１９条に基づき、出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした２００８年１２月１７日提出の米国仮特許出願第６１／１３８，３５７号「高圧ベベルエッチング処理」に基づく優先権を主張するものである。
【発明の概要】
【０００２】
本願明細書では、半導体基板を半導体基板支持部上に支持したベベルエッチング装置において、アーク放電を発生させない条件下で半導体のベベルエッジエッチングを行う方法を開示する。アーク放電を発生させないとは、ベベルエッチング処理後にアーク放電による損傷を示すものが１０，０００枚のウェーハのうち１枚未満であることを意味するものとする。方法は、３〜１００Ｔｏｒｒの圧力までベベルエッチング装置の排気を行い、ウェーハから見たＲＦ電圧を、アーク放電が生じる閾値より下に維持するステップと、処理ガスをベベルエッチング装置に流入させるステップと、半導体基板の周囲で処理ガスを励起してプラズマにするステップと、プラズマにより半導体基板のベベルエッチングを行うステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】実施形態による、ベベルエッチング装置の概略断面図である。
【０００４】
【図２】ＶＣＩ電圧測定値に基づいてアーク放電を発生させない処理条件を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ベベル洗浄モジュール（ベベルエッチング装置）、例えば、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の２３００ＣＯＲＯＮＵＳTM製品は、エッジ閉じ込めプラズマ技術を使用して、ウェーハのエッジ上の膜を除去する。６５ｎｍ以下の技術以下において、デバイスの歩留まりを制限する主な原因は、ウェーハエッジから移送された欠陥に由来している。デバイスのパターニング中には、膜の堆積、リソグラフィ、エッチング、及び化学機械研磨の複雑な相互作用の結果として、ウェーハエッジ上には、不安定な積層膜が幅広く生じる。後続のステップにおいて、こうした膜層は、ウェーハのデバイス領域へ運ばれる欠陥を発生させる恐れがある。集積フローの選択されたポイントにおいて、こうした膜を除去することにより、欠陥は減少し、デバイスの歩留まりは高くなる。したがって、エッジ閉じ込めプラズマにより、デバイス製造処理中の複数のステップにおいて、ウェーハエッジ蓄積物が制御される。
【０００６】
ベベルエッチングされたウェーハは、敏感なバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）ウェーハにおいて、マクロアーク放電、マイクロアーク放電、表面電荷及び放電の問題を示す場合がある。ウェーハにおけるＲＦ電圧は、アーク放電の確率と相関することが分かっている。本願明細書において開示したように、ウェーハにおいて見られるＲＦ電圧（ＶＣＩプローブにより測定）は、プラズマチャンバ内の圧力を増加させることにより、一定の電極電力設定に対して減少させることができる。したがって、高圧のレジームにおいて、アーク放電の問題を回避しつつ、電力設定及びガスの化学反応に関して、プロセスウィンドウを広くすることが可能となる。ＲＦ電圧は、デバイスの構造又はアーク放電に対するウェーハの感受性に応じて決まる閾値より下に維持することが好ましい。
【０００７】
ベベルエッチング装置２００におけるプラズマ処理、例えば、ベベルエッジ堆積物の半導体基板からの除去は、フッ素含有プラズマによりベベルエッジをエッチングすることを含む場合がある。半導体基板は、例えば、銅バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）ダマシン処理により作成したウェーハを含み得る。半導体基板は、約３００ｍｍの直径を有し得る。半導体基板は、ベベルエッジの内側に露出した銅を含む多層集積回路（ＩＣ）デバイス構造を取り囲んだベベルエッジ部（例えば、幅約２ｍｍまで）を備え得る。露出した銅面には、ウェーハ全体に存在するタンタル含有シード層上の銅面が含まれる場合がある。
【０００８】
次に図１を参照すると、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とした、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開番号第２００８／０１８２４１２号において開示された、一実施形態による基板２１８のベベルエッジを洗浄するための基板エッチングシステム又はベベルエッチング装置２００の概略断面図を示している。
【０００９】
ベベルエッチング装置２００は、限定ではないが、一般に軸対称形状を有しており、簡潔にするため、側断面図の半分のみを図１に示している。図示したように、ベベルエッチング装置２００は、基板２１８の装着／取り出しを行う際に通過させるドア又はゲート２４２を有するチャンバ壁２０２と、上部電極組立体２０４と、上部電極組立体２０４を吊り下げる支持部２０８と、下部電極組立体２０６とを含む。支持部２０８には精密駆動機構（図１に図示せず）を取り付け、上部電極組立体２０４を上下（二重矢印の方向）に移動させて、上部電極組立体２０４と基板２１８との間の隙間が正確に制御されるようにする。
【００１０】
金属ベローズ２０５を使用して、チャンバ壁２０２と支持部２０８との間に真空シールを形成する一方で、支持部２０８がチャンバ壁２０２に対して垂直移動することを可能にする。支持部２０８は、中央ガス供給部（通路）２１２及びエッジガス供給部（通路）２２０を有する。一方又は両方のガス供給部２１２、２２０は、ベベルエッジを洗浄するために励起されてプラズマとなる処理ガスを送給することができる。動作中、プラズマは、基板２１８のベベルエッジの周囲に形成され、全体としてリング形状を有する。プラズマが基板２１８の中央部に達するのを防止するために、上部電極組立体２０４の絶縁板２１６と基板２１８との間の空間は小さくなっており、処理ガスは、中央供給部から、一実施形態では段付き穴２１４を介して供給される。その後、ガスは、上部電極組立体２０４と基板２１８との間の隙間を基板の半径方向に向かって通り抜ける。各ガス供給部は、同一の処理ガス、又はパージガス等の他のガスを提供するために使用される。例えば、パージガスは中央ガス供給部２１２を介して注入し、一方、処理ガスはエッジガス供給部２２０を介して注入することができる。プラズマ／処理ガスは、チャンバ空間２５１から底部空間２４０へ、複数の穴（出口）２４１を介して引き出され、例えば、真空ポンプ２４３を使用して、洗浄動作中に底部空間２４０の排気を行うことができる。ベベル洗浄動作中、チャンバ圧は、３〜１００Ｔｏｒｒの圧力に維持される（例えば、３〜５Ｔｏｒｒ、５〜１０Ｔｏｒｒ、１０〜５０Ｔｏｒｒ、又は５０〜１００Ｔｏｒｒ）。こうした圧力は、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とした、本発明の譲受人に譲渡された米国特許公開番号第２００８／０２２７３０１号、第２００８／００５０９２３号、第２００８／０１５６７７２号、第２００８／０１９０４４８号において開示された圧力の例よりも高い。
【００１１】
処理ガスは、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、ＣＯ、ＣＯＳ、及び／又はＣＯ2等の酸素含有ガスを含むことができる。例えば、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣxＦy（例えば、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ4、Ｃ2Ｆ6）、ＣxＦyＨz（例えば、Ｃ3ＨＦ、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ2Ｆ4）等のフッ素含有ガスも、処理ガスに添加することができる。処理ガス内のフッ素含有ガスの量は、ベベル（エッジ）エッチングにより除去される特定の膜（群）に依存する場合がある。例えば、１０体積％未満等の少量、或いは８０体積％超又は９０体積％超といった多量のフッ素含有ガスが、処理ガス中に存在する場合がある。異なる実施形態において、処理ガスは、例えば、約５体積％ＮＦ3／バランスＣＯ2又は約１０体積％ＣＦ4／バランスＣＯ2を含むことができる。
【００１２】
上部電極組立体２０４は、上部誘電体板又は上部誘電体要素２１６と、適切な締結機構により支持部２０８に固定され、支持部２０８を介して接地された上部金属要素２１０とを含む。上部金属要素２１０は、アルミニウム等の金属により形成され、陽極酸化処理を施し得る。上部金属要素２１０は、一本以上のエッジガス通路又はスルーホール２２２ａ、２２２ｂと、エッジガスプレナム２２４とを有し、エッジガス通路又はスルーホール２２２ａ、２２２ｂは、エッジガス供給部２２０に結合され、動作時に流体連通した状態となる。上部誘電体板２１６は、上部金属要素２１０に取り付けられており、セラミック等の誘電材料により形成される。望ましい場合、上部誘電体板２１６は、Ｙ2Ｏ3のコーティングを有し得る。バルクＹ2Ｏ3又はＹ2Ｏ3被覆部品及びＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ等のセラミックは、ウェーハ上の電荷を消滅させ、これにより、低いＲＦ電圧測定値が示すようにアーク放電の確率を低減する能力のため、アルミナ又は陽極酸化アルミニウム部品よりも好適である。通常、Ａｌ2Ｏ3等の一部のセラミックには深い直線の穴を開けることが困難であるため、段付き穴２１４を深い直線の穴の代わりに使用することができる。上部誘電体板２１６は、単一の中心穴と共に図示されているが、上部誘電体板２１６は、任意の適切な数の出口を有してよく、例えば、望ましい場合には、出口をシャワーヘッド孔パターンに配置することができる。
【００１３】
下部電極組立体２０６は、上部２２６ａ及び下部２２６ｂを有し、動作中、基板２１８を所定位置に保持するために真空チャックとして機能するように任意に動作可能な給電電極２２６と、基板２１８を上下に移動させるためのリフトピン２３０と、ピン操作ユニット２３２と、上部２３８ａ及び下部２３８ｂを有する底部誘電体リング２３８とを含む。一実施形態において、チャックは、静電チャックにすることができる。以降、給電電極という用語は、上部２２６ａ及び下部２２６ｂの一方又は両方を示す。同様に、底部誘電体リング２３８という用語は、上部２３８ａ及び下部２３８ｂの一方又は両方を示す。給電電極２２６は、高周波（ＲＦ）電源２７０に結合され、動作中にＲＦ電力を受領する。
【００１４】
リフトピン２３０は、円筒孔又は通路２３１内を上下方向に移動し、給電電極２２６内に位置決めされたピン操作ユニット２３２により、上方位置と下方位置との間で移動される。ピン操作ユニット２３２は、各リフトピンの周囲にハウジングを含み、ピンの周囲に真空シール環境を維持する。ピン操作ユニット２３２は、ロボットアーム２３３（例えば、各ハウジング内へ延びて各ピンに取り付けられたセグメントを有する水平アーム）及びアーム作動デバイス（図１に図示せず）といった、任意の適切なリフトピン機構を含む。簡潔にするため、ロボットアームのセグメントの先端部のみを図１に示している。３本又は４本のリフトピンを使用して、例えば３００ｍｍウェーハ等のウェーハを持ち上げることが可能だが、任意の適切な数のリフトピン２３０をベベルエッチング装置２００において使用し得る。また、リフトベローズ等の任意の適切な機構を、ピン操作ユニット２３２として使用することができる。
【００１５】
基板２１８は、下部電極上又は設定可能プラズマ排除区域（ＰＥＺ）リング２６０上に装着され、ここで、ＰＥＺという用語は、基板中心から、ベベルエッジを洗浄するためのプラズマを排除するべき領域の外縁部までの半径距離を示す。リング２６０は、好ましくは、誘電材料である。バルクＹ2Ｏ3又はＹ2Ｏ3被覆部品及びＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ等のセラミックは、ウェーハ上の電荷を消滅させ、これにより、低いＲＦ電圧測定値が示すようにアーク放電の確率を低減する能力のため、アルミナ又は陽極酸化アルミニウム部品よりも好適である。一実施形態において、給電電極２２６の上面、基板２１８の底面、及び下部設定可能ＰＥＺリング２６０の内周は、真空ポンプ２３６等の真空源と流体連通した、閉鎖された真空領域の陥凹部（真空領域）２１９を形成することができる。リフトピン２３０用の円筒孔又は通路は、真空ポンプ２３６が動作中に真空領域２１９の排気を行うガス通路として共用される。給電電極２２６ａ、２２６ｂは、プレナム２３４を含んでおり、真空領域２１９における一時的な圧力の変動を低減すると共に、複数のリフトピンが使用される場合に、各円筒孔に均一な吸引率をもたらす。
【００１６】
基板２１８の上面には、集積回路があり、集積回路は、一連の処理により形成された、タンタル含有シード層上に存在し得る露出銅面を含む場合がある。１つ以上の処理は、基板に熱エネルギを伝達する可能性があるプラズマを使用して実行され、基板上に熱応力を発生させ、これによりウェーハに反りを発生させる場合がある。ベベル洗浄動作中、基板の反りは、基板２１８の上面と底面との間の圧力差を使用して減少させることができる。真空領域２１９内の圧力は、プレナム２３４に結合された真空ポンプ２３６により、動作中、真空下に維持される。上部誘電体板２１６と基板２１８の上面との間の隙間を調節することにより、処理ガス（群）の全体的な流量を変化させることなく、隙間内のガス圧を変化させることができる。したがって、隙間内のガス圧を制御することにより、基板２１８の上面と底面との間の圧力差を変化させることが可能であり、これにより、基板２１８に加わる曲げ力を制御することができる。
【００１７】
底部誘電体リング２３８ａ、２３８ｂは、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等を含むセラミックのような誘電材料により形成され、給電電極２２６をチャンバ壁２０２から電気的に分離する。バルクＹ2Ｏ3又はＹ2Ｏ3被覆部品及びＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ等のセラミックは、ウェーハ上の電荷を消滅させ、これにより、低いＲＦ電圧測定値が示すようにアーク放電の確率を低減する能力のため、アルミナ又は陽極酸化アルミニウム部品よりも好適である。実施形態の底部誘電体リングの下部２３８ｂは、上面の内周に形成された段差２５２を有し、給電電極２２６の下縁部の窪みと接合する。実施形態の下部２３８ｂは、その外周に形成された段差２５０を有し、フォーカスリングと呼ばれる底部誘電体リングの上部２３８ａの段付き面と接合する。段差２５０、２５２は、底部誘電体リング２３８を給電電極２２６に整合させる。段差２５０は、更に、その表面に沿って入り組んだ隙間を形成し、給電電極２２６とチャンバ壁２０２との間に直接的な見通し線が生じないようにすることで、給電電極２２６とチャンバ壁２０２との間での二次的なプラズマ点火の可能性を低減する。
【００１８】
ベベルエッジ洗浄プラズマ処理は、例えばＮＦ3又はＣＦ4を含むガス混合物をベベルエッチング装置内へ供給すること、及びガス混合物を励起してプラズマ状態にすることを含むことができる。特に、ガス混合物は、ＮＦ3及びＣＯ2又はＣＦ4及びＣＯ2を含み得る。例えば、ガス混合物は、約５体積％ＮＦ3／バランスＣＯ2又は約１０体積％ＣＦ4／バランスＣＯ2を含み得る。ガス混合物は、半導体基板の周辺部及び／又は中心部において、ベベルエッチング装置内へ供給してよい。例えば、フッ素含有ガス混合物が半導体基板の周辺部においてベベルエッチング装置内へ供給される時に、Ｎ2ガスを半導体基板の中心部においてベベルエッチング装置内へ供給してよい。
【００１９】
ベベルエッチングは、製造中のデバイスの歩留まりの損失につながるウェーハ外周でのアーク放電を引き起こす恐れがある。こうした歩留まりの損失は、ウェーハの歩留まりの３％を超える場合がある。したがって、ベベルエッジ洗浄ウェーハの外側領域におけるアーク放電を無くすことは、処理されたウェーハ上のデバイスの歩留まりを改善するために望ましい。
【００２０】
一実施形態において、プラズマによる半導体基板の処理のための条件には、例えば約３０秒等、約５秒より長い露出時間と、例えば５０〜２０００ワット等、約５０ワットより大きなＲＦ電力とが含まれる。一実施形態では、２〜６０ＭＨｚの高いＲＦ電力により、５〜３０００ｓｃｃｍでチャンバに流入させた処理ガスからプラズマを生成する。
【００２１】
図２は、１０ｓｃｃｍのＮＦ3、２００ｓｃｃｍのＣＯ2、及び５００ｓｃｃｍのＮ2の処理ガスによりベベルエッチングを施されたテストウェーハを支持する底部電極へのＲＦ供給部に接続されたＶＣＩプローブにより測定したＶＣＩ電圧を示すグラフである。図２において確認できるように、２Ｔｏｒｒ以下の低圧では、５００ワット及び６００ワットの電力レベルにおいてアーク放電が発生した。アーク放電の問題は、これらと同一の電力設定に対して、チャンバ圧を５Ｔｏｒｒ及び９Ｔｏｒｒに増加させた際には観測されなかった。アーク放電を発生させないプロセスウィンドウは、ウェーハにおいて見られるＲＦ電圧を、アーク放電が回避される十分に低い値に維持する際に、チャンバ圧が少なくとも３Ｔｏｒｒである範囲内に存在すると思われる。閾値は、デバイスの構造及びアーク放電に対するウェーハの感受性に応じて決まる。好適な実施形態において、ウェーハ電圧を監視するＶＣＩプローブにより測定されるＲＦ電圧は、約２２０ボルト以下である。チャンバ圧を上昇させた状態でのアーク放電の除去は、予期されなかったものであり、高圧ベベルエッジ洗浄処理の実現は、ベベル洗浄ウェーハ上での更なる処理工程を施された半導体デバイスの歩留まりを実質的に増加させることが期待できる。
【００２２】
以上、様々な実施形態を説明してきたが、当業者には明らかとなるように、変更例及び変形例を利用し得ることが理解されるべきである。こうした変更例及び変形例は、本願明細書に添付の特許請求の範囲内に含まれると見做すべきである。
【背景技術】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許法第１１９条に基づき、出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした２００８年１２月１７日提出の米国仮特許出願第６１／１３８，３５７号「高圧ベベルエッチング処理」に基づく優先権を主張するものである。
【発明の概要】
【０００２】
本願明細書では、半導体基板を半導体基板支持部上に支持したベベルエッチング装置において、アーク放電を発生させない条件下で半導体のベベルエッジエッチングを行う方法を開示する。アーク放電を発生させないとは、ベベルエッチング処理後にアーク放電による損傷を示すものが１０，０００枚のウェーハのうち１枚未満であることを意味するものとする。方法は、３〜１００Ｔｏｒｒの圧力までベベルエッチング装置の排気を行い、ウェーハから見たＲＦ電圧を、アーク放電が生じる閾値より下に維持するステップと、処理ガスをベベルエッチング装置に流入させるステップと、半導体基板の周囲で処理ガスを励起してプラズマにするステップと、プラズマにより半導体基板のベベルエッチングを行うステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】実施形態による、ベベルエッチング装置の概略断面図である。
【０００４】
【図２】ＶＣＩ電圧測定値に基づいてアーク放電を発生させない処理条件を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ベベル洗浄モジュール（ベベルエッチング装置）、例えば、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の２３００ＣＯＲＯＮＵＳTM製品は、エッジ閉じ込めプラズマ技術を使用して、ウェーハのエッジ上の膜を除去する。６５ｎｍ以下の技術以下において、デバイスの歩留まりを制限する主な原因は、ウェーハエッジから移送された欠陥に由来している。デバイスのパターニング中には、膜の堆積、リソグラフィ、エッチング、及び化学機械研磨の複雑な相互作用の結果として、ウェーハエッジ上には、不安定な積層膜が幅広く生じる。後続のステップにおいて、こうした膜層は、ウェーハのデバイス領域へ運ばれる欠陥を発生させる恐れがある。集積フローの選択されたポイントにおいて、こうした膜を除去することにより、欠陥は減少し、デバイスの歩留まりは高くなる。したがって、エッジ閉じ込めプラズマにより、デバイス製造処理中の複数のステップにおいて、ウェーハエッジ蓄積物が制御される。
【０００６】
ベベルエッチングされたウェーハは、敏感なバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）ウェーハにおいて、マクロアーク放電、マイクロアーク放電、表面電荷及び放電の問題を示す場合がある。ウェーハにおけるＲＦ電圧は、アーク放電の確率と相関することが分かっている。本願明細書において開示したように、ウェーハにおいて見られるＲＦ電圧（ＶＣＩプローブにより測定）は、プラズマチャンバ内の圧力を増加させることにより、一定の電極電力設定に対して減少させることができる。したがって、高圧のレジームにおいて、アーク放電の問題を回避しつつ、電力設定及びガスの化学反応に関して、プロセスウィンドウを広くすることが可能となる。ＲＦ電圧は、デバイスの構造又はアーク放電に対するウェーハの感受性に応じて決まる閾値より下に維持することが好ましい。
【０００７】
ベベルエッチング装置２００におけるプラズマ処理、例えば、ベベルエッジ堆積物の半導体基板からの除去は、フッ素含有プラズマによりベベルエッジをエッチングすることを含む場合がある。半導体基板は、例えば、銅バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）ダマシン処理により作成したウェーハを含み得る。半導体基板は、約３００ｍｍの直径を有し得る。半導体基板は、ベベルエッジの内側に露出した銅を含む多層集積回路（ＩＣ）デバイス構造を取り囲んだベベルエッジ部（例えば、幅約２ｍｍまで）を備え得る。露出した銅面には、ウェーハ全体に存在するタンタル含有シード層上の銅面が含まれる場合がある。
【０００８】
次に図１を参照すると、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とした、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開番号第２００８／０１８２４１２号において開示された、一実施形態による基板２１８のベベルエッジを洗浄するための基板エッチングシステム又はベベルエッチング装置２００の概略断面図を示している。
【０００９】
ベベルエッチング装置２００は、限定ではないが、一般に軸対称形状を有しており、簡潔にするため、側断面図の半分のみを図１に示している。図示したように、ベベルエッチング装置２００は、基板２１８の装着／取り出しを行う際に通過させるドア又はゲート２４２を有するチャンバ壁２０２と、上部電極組立体２０４と、上部電極組立体２０４を吊り下げる支持部２０８と、下部電極組立体２０６とを含む。支持部２０８には精密駆動機構（図１に図示せず）を取り付け、上部電極組立体２０４を上下（二重矢印の方向）に移動させて、上部電極組立体２０４と基板２１８との間の隙間が正確に制御されるようにする。
【００１０】
金属ベローズ２０５を使用して、チャンバ壁２０２と支持部２０８との間に真空シールを形成する一方で、支持部２０８がチャンバ壁２０２に対して垂直移動することを可能にする。支持部２０８は、中央ガス供給部（通路）２１２及びエッジガス供給部（通路）２２０を有する。一方又は両方のガス供給部２１２、２２０は、ベベルエッジを洗浄するために励起されてプラズマとなる処理ガスを送給することができる。動作中、プラズマは、基板２１８のベベルエッジの周囲に形成され、全体としてリング形状を有する。プラズマが基板２１８の中央部に達するのを防止するために、上部電極組立体２０４の絶縁板２１６と基板２１８との間の空間は小さくなっており、処理ガスは、中央供給部から、一実施形態では段付き穴２１４を介して供給される。その後、ガスは、上部電極組立体２０４と基板２１８との間の隙間を基板の半径方向に向かって通り抜ける。各ガス供給部は、同一の処理ガス、又はパージガス等の他のガスを提供するために使用される。例えば、パージガスは中央ガス供給部２１２を介して注入し、一方、処理ガスはエッジガス供給部２２０を介して注入することができる。プラズマ／処理ガスは、チャンバ空間２５１から底部空間２４０へ、複数の穴（出口）２４１を介して引き出され、例えば、真空ポンプ２４３を使用して、洗浄動作中に底部空間２４０の排気を行うことができる。ベベル洗浄動作中、チャンバ圧は、３〜１００Ｔｏｒｒの圧力に維持される（例えば、３〜５Ｔｏｒｒ、５〜１０Ｔｏｒｒ、１０〜５０Ｔｏｒｒ、又は５０〜１００Ｔｏｒｒ）。こうした圧力は、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とした、本発明の譲受人に譲渡された米国特許公開番号第２００８／０２２７３０１号、第２００８／００５０９２３号、第２００８／０１５６７７２号、第２００８／０１９０４４８号において開示された圧力の例よりも高い。
【００１１】
処理ガスは、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、ＣＯ、ＣＯＳ、及び／又はＣＯ2等の酸素含有ガスを含むことができる。例えば、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣxＦy（例えば、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ4、Ｃ2Ｆ6）、ＣxＦyＨz（例えば、Ｃ3ＨＦ、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ2Ｆ4）等のフッ素含有ガスも、処理ガスに添加することができる。処理ガス内のフッ素含有ガスの量は、ベベル（エッジ）エッチングにより除去される特定の膜（群）に依存する場合がある。例えば、１０体積％未満等の少量、或いは８０体積％超又は９０体積％超といった多量のフッ素含有ガスが、処理ガス中に存在する場合がある。異なる実施形態において、処理ガスは、例えば、約５体積％ＮＦ3／バランスＣＯ2又は約１０体積％ＣＦ4／バランスＣＯ2を含むことができる。
【００１２】
上部電極組立体２０４は、上部誘電体板又は上部誘電体要素２１６と、適切な締結機構により支持部２０８に固定され、支持部２０８を介して接地された上部金属要素２１０とを含む。上部金属要素２１０は、アルミニウム等の金属により形成され、陽極酸化処理を施し得る。上部金属要素２１０は、一本以上のエッジガス通路又はスルーホール２２２ａ、２２２ｂと、エッジガスプレナム２２４とを有し、エッジガス通路又はスルーホール２２２ａ、２２２ｂは、エッジガス供給部２２０に結合され、動作時に流体連通した状態となる。上部誘電体板２１６は、上部金属要素２１０に取り付けられており、セラミック等の誘電材料により形成される。望ましい場合、上部誘電体板２１６は、Ｙ2Ｏ3のコーティングを有し得る。バルクＹ2Ｏ3又はＹ2Ｏ3被覆部品及びＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ等のセラミックは、ウェーハ上の電荷を消滅させ、これにより、低いＲＦ電圧測定値が示すようにアーク放電の確率を低減する能力のため、アルミナ又は陽極酸化アルミニウム部品よりも好適である。通常、Ａｌ2Ｏ3等の一部のセラミックには深い直線の穴を開けることが困難であるため、段付き穴２１４を深い直線の穴の代わりに使用することができる。上部誘電体板２１６は、単一の中心穴と共に図示されているが、上部誘電体板２１６は、任意の適切な数の出口を有してよく、例えば、望ましい場合には、出口をシャワーヘッド孔パターンに配置することができる。
【００１３】
下部電極組立体２０６は、上部２２６ａ及び下部２２６ｂを有し、動作中、基板２１８を所定位置に保持するために真空チャックとして機能するように任意に動作可能な給電電極２２６と、基板２１８を上下に移動させるためのリフトピン２３０と、ピン操作ユニット２３２と、上部２３８ａ及び下部２３８ｂを有する底部誘電体リング２３８とを含む。一実施形態において、チャックは、静電チャックにすることができる。以降、給電電極という用語は、上部２２６ａ及び下部２２６ｂの一方又は両方を示す。同様に、底部誘電体リング２３８という用語は、上部２３８ａ及び下部２３８ｂの一方又は両方を示す。給電電極２２６は、高周波（ＲＦ）電源２７０に結合され、動作中にＲＦ電力を受領する。
【００１４】
リフトピン２３０は、円筒孔又は通路２３１内を上下方向に移動し、給電電極２２６内に位置決めされたピン操作ユニット２３２により、上方位置と下方位置との間で移動される。ピン操作ユニット２３２は、各リフトピンの周囲にハウジングを含み、ピンの周囲に真空シール環境を維持する。ピン操作ユニット２３２は、ロボットアーム２３３（例えば、各ハウジング内へ延びて各ピンに取り付けられたセグメントを有する水平アーム）及びアーム作動デバイス（図１に図示せず）といった、任意の適切なリフトピン機構を含む。簡潔にするため、ロボットアームのセグメントの先端部のみを図１に示している。３本又は４本のリフトピンを使用して、例えば３００ｍｍウェーハ等のウェーハを持ち上げることが可能だが、任意の適切な数のリフトピン２３０をベベルエッチング装置２００において使用し得る。また、リフトベローズ等の任意の適切な機構を、ピン操作ユニット２３２として使用することができる。
【００１５】
基板２１８は、下部電極上又は設定可能プラズマ排除区域（ＰＥＺ）リング２６０上に装着され、ここで、ＰＥＺという用語は、基板中心から、ベベルエッジを洗浄するためのプラズマを排除するべき領域の外縁部までの半径距離を示す。リング２６０は、好ましくは、誘電材料である。バルクＹ2Ｏ3又はＹ2Ｏ3被覆部品及びＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ等のセラミックは、ウェーハ上の電荷を消滅させ、これにより、低いＲＦ電圧測定値が示すようにアーク放電の確率を低減する能力のため、アルミナ又は陽極酸化アルミニウム部品よりも好適である。一実施形態において、給電電極２２６の上面、基板２１８の底面、及び下部設定可能ＰＥＺリング２６０の内周は、真空ポンプ２３６等の真空源と流体連通した、閉鎖された真空領域の陥凹部（真空領域）２１９を形成することができる。リフトピン２３０用の円筒孔又は通路は、真空ポンプ２３６が動作中に真空領域２１９の排気を行うガス通路として共用される。給電電極２２６ａ、２２６ｂは、プレナム２３４を含んでおり、真空領域２１９における一時的な圧力の変動を低減すると共に、複数のリフトピンが使用される場合に、各円筒孔に均一な吸引率をもたらす。
【００１６】
基板２１８の上面には、集積回路があり、集積回路は、一連の処理により形成された、タンタル含有シード層上に存在し得る露出銅面を含む場合がある。１つ以上の処理は、基板に熱エネルギを伝達する可能性があるプラズマを使用して実行され、基板上に熱応力を発生させ、これによりウェーハに反りを発生させる場合がある。ベベル洗浄動作中、基板の反りは、基板２１８の上面と底面との間の圧力差を使用して減少させることができる。真空領域２１９内の圧力は、プレナム２３４に結合された真空ポンプ２３６により、動作中、真空下に維持される。上部誘電体板２１６と基板２１８の上面との間の隙間を調節することにより、処理ガス（群）の全体的な流量を変化させることなく、隙間内のガス圧を変化させることができる。したがって、隙間内のガス圧を制御することにより、基板２１８の上面と底面との間の圧力差を変化させることが可能であり、これにより、基板２１８に加わる曲げ力を制御することができる。
【００１７】
底部誘電体リング２３８ａ、２３８ｂは、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等を含むセラミックのような誘電材料により形成され、給電電極２２６をチャンバ壁２０２から電気的に分離する。バルクＹ2Ｏ3又はＹ2Ｏ3被覆部品及びＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ等のセラミックは、ウェーハ上の電荷を消滅させ、これにより、低いＲＦ電圧測定値が示すようにアーク放電の確率を低減する能力のため、アルミナ又は陽極酸化アルミニウム部品よりも好適である。実施形態の底部誘電体リングの下部２３８ｂは、上面の内周に形成された段差２５２を有し、給電電極２２６の下縁部の窪みと接合する。実施形態の下部２３８ｂは、その外周に形成された段差２５０を有し、フォーカスリングと呼ばれる底部誘電体リングの上部２３８ａの段付き面と接合する。段差２５０、２５２は、底部誘電体リング２３８を給電電極２２６に整合させる。段差２５０は、更に、その表面に沿って入り組んだ隙間を形成し、給電電極２２６とチャンバ壁２０２との間に直接的な見通し線が生じないようにすることで、給電電極２２６とチャンバ壁２０２との間での二次的なプラズマ点火の可能性を低減する。
【００１８】
ベベルエッジ洗浄プラズマ処理は、例えばＮＦ3又はＣＦ4を含むガス混合物をベベルエッチング装置内へ供給すること、及びガス混合物を励起してプラズマ状態にすることを含むことができる。特に、ガス混合物は、ＮＦ3及びＣＯ2又はＣＦ4及びＣＯ2を含み得る。例えば、ガス混合物は、約５体積％ＮＦ3／バランスＣＯ2又は約１０体積％ＣＦ4／バランスＣＯ2を含み得る。ガス混合物は、半導体基板の周辺部及び／又は中心部において、ベベルエッチング装置内へ供給してよい。例えば、フッ素含有ガス混合物が半導体基板の周辺部においてベベルエッチング装置内へ供給される時に、Ｎ2ガスを半導体基板の中心部においてベベルエッチング装置内へ供給してよい。
【００１９】
ベベルエッチングは、製造中のデバイスの歩留まりの損失につながるウェーハ外周でのアーク放電を引き起こす恐れがある。こうした歩留まりの損失は、ウェーハの歩留まりの３％を超える場合がある。したがって、ベベルエッジ洗浄ウェーハの外側領域におけるアーク放電を無くすことは、処理されたウェーハ上のデバイスの歩留まりを改善するために望ましい。
【００２０】
一実施形態において、プラズマによる半導体基板の処理のための条件には、例えば約３０秒等、約５秒より長い露出時間と、例えば５０〜２０００ワット等、約５０ワットより大きなＲＦ電力とが含まれる。一実施形態では、２〜６０ＭＨｚの高いＲＦ電力により、５〜３０００ｓｃｃｍでチャンバに流入させた処理ガスからプラズマを生成する。
【００２１】
図２は、１０ｓｃｃｍのＮＦ3、２００ｓｃｃｍのＣＯ2、及び５００ｓｃｃｍのＮ2の処理ガスによりベベルエッチングを施されたテストウェーハを支持する底部電極へのＲＦ供給部に接続されたＶＣＩプローブにより測定したＶＣＩ電圧を示すグラフである。図２において確認できるように、２Ｔｏｒｒ以下の低圧では、５００ワット及び６００ワットの電力レベルにおいてアーク放電が発生した。アーク放電の問題は、これらと同一の電力設定に対して、チャンバ圧を５Ｔｏｒｒ及び９Ｔｏｒｒに増加させた際には観測されなかった。アーク放電を発生させないプロセスウィンドウは、ウェーハにおいて見られるＲＦ電圧を、アーク放電が回避される十分に低い値に維持する際に、チャンバ圧が少なくとも３Ｔｏｒｒである範囲内に存在すると思われる。閾値は、デバイスの構造及びアーク放電に対するウェーハの感受性に応じて決まる。好適な実施形態において、ウェーハ電圧を監視するＶＣＩプローブにより測定されるＲＦ電圧は、約２２０ボルト以下である。チャンバ圧を上昇させた状態でのアーク放電の除去は、予期されなかったものであり、高圧ベベルエッジ洗浄処理の実現は、ベベル洗浄ウェーハ上での更なる処理工程を施された半導体デバイスの歩留まりを実質的に増加させることが期待できる。
【００２２】
以上、様々な実施形態を説明してきたが、当業者には明らかとなるように、変更例及び変形例を利用し得ることが理解されるべきである。こうした変更例及び変形例は、本願明細書に添付の特許請求の範囲内に含まれると見做すべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板が半導体基板支持部上に支持されたベベルエッチング装置内において、前記半導体基板に対してプラズマによるベベルエッジエッチングを行う方法であって、
３〜１００Ｔｏｒｒの圧力まで前記ベベルエッチング装置を排気した状態で、前記ベベルエッチング装置において前記プラズマにより前記半導体基板のベベルエッジエッチングを行うステップを備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
処理ガスは、５〜３０００ｓｃｃｍでチャンバへ流入させ、
前記プラズマは、電極に供給された５０〜２０００ワット及び周波数２〜６０ＭＨｚのＲＦ電力により発生させ、
前記処理ガスは、ＣＯ2、ＣＯ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、ＮＦ3、ＣxＦy、ＣxＦyＨz、ＳＦ6、ＣＯＳ、及びＮ2Ｏのうち少なくとも１つを含む、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
前記処理ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン、及びその混合物を含む、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記処理ガスは、フッ素及び酸素を含まない、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、
約１０〜２０００ｓｃｃｍの処理ガスを前記ベベルエッチング装置に流入させるステップと、
チャンバを３〜１０Ｔｏｒｒの圧力に維持するステップと、
を備える方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、
前記ベベルエッチング装置においてＹ2Ｏ3部品を使用して前記基板上の電荷を消滅させるステップを備える、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、
前記基板は、３００ｍｍのＢＥＯＬウェーハである、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、
前記ベベルエッジエッチングは、５〜１５ｓｃｃｍのＮＦ3と、１００〜３００ｓｃｃｍのＣＯ2と、３００〜７００ｓｃｃｍのＮ2とを含むガスを励起するステップを含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、
前記ベベルエッジエッチングは、３００〜６００ｓｃｃｍの４％Ｈ2含有Ｈｅ−Ｈ2ガス混合物と、１００〜３００ｓｃｃｍのＮ2とを前記ベベルエッチング装置に流入させるステップを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、
５〜２０ｓｃｃｍのＮＦ3と、１００〜３００ｓｃｃｍのＣＯ2ガスとを、前記半導体基板の周辺部において、前記ベベルエッチング装置に流入させるステップを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、
ＶＣＩプローブを使用してウェーハ電圧を監視するステップと、
前記ＶＣＩプローブにより測定されたＲＦ電圧を約２２０ボルトの閾値より下に維持するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、
６５ｎｍ以下の技術ノードにおいて、外周部における２ｍｍ以下のエッジ除外、及び、前記ウェーハ上面の露出金属線を有する３００ｍｍウェーハのベベルエッチングを行うステップを備える、方法。
【請求項１】
半導体基板が半導体基板支持部上に支持されたベベルエッチング装置内において、前記半導体基板に対してプラズマによるベベルエッジエッチングを行う方法であって、
３〜１００Ｔｏｒｒの圧力まで前記ベベルエッチング装置を排気した状態で、前記ベベルエッチング装置において前記プラズマにより前記半導体基板のベベルエッジエッチングを行うステップを備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
処理ガスは、５〜３０００ｓｃｃｍでチャンバへ流入させ、
前記プラズマは、電極に供給された５０〜２０００ワット及び周波数２〜６０ＭＨｚのＲＦ電力により発生させ、
前記処理ガスは、ＣＯ2、ＣＯ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、ＮＦ3、ＣxＦy、ＣxＦyＨz、ＳＦ6、ＣＯＳ、及びＮ2Ｏのうち少なくとも１つを含む、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
前記処理ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン、及びその混合物を含む、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記処理ガスは、フッ素及び酸素を含まない、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、
約１０〜２０００ｓｃｃｍの処理ガスを前記ベベルエッチング装置に流入させるステップと、
チャンバを３〜１０Ｔｏｒｒの圧力に維持するステップと、
を備える方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、
前記ベベルエッチング装置においてＹ2Ｏ3部品を使用して前記基板上の電荷を消滅させるステップを備える、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、
前記基板は、３００ｍｍのＢＥＯＬウェーハである、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、
前記ベベルエッジエッチングは、５〜１５ｓｃｃｍのＮＦ3と、１００〜３００ｓｃｃｍのＣＯ2と、３００〜７００ｓｃｃｍのＮ2とを含むガスを励起するステップを含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、
前記ベベルエッジエッチングは、３００〜６００ｓｃｃｍの４％Ｈ2含有Ｈｅ−Ｈ2ガス混合物と、１００〜３００ｓｃｃｍのＮ2とを前記ベベルエッチング装置に流入させるステップを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、
５〜２０ｓｃｃｍのＮＦ3と、１００〜３００ｓｃｃｍのＣＯ2ガスとを、前記半導体基板の周辺部において、前記ベベルエッチング装置に流入させるステップを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、
ＶＣＩプローブを使用してウェーハ電圧を監視するステップと、
前記ＶＣＩプローブにより測定されたＲＦ電圧を約２２０ボルトの閾値より下に維持するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、
６５ｎｍ以下の技術ノードにおいて、外周部における２ｍｍ以下のエッジ除外、及び、前記ウェーハ上面の露出金属線を有する３００ｍｍウェーハのベベルエッチングを行うステップを備える、方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１２−５１２５４２（Ｐ２０１２−５１２５４２Ａ）
【公表日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４２１２１（Ｐ２０１１−５４２１２１）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００６５３１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７７２９９
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００６５３１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７７２９９
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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