JP2005515629A - 電気化学エッジおよびべベル洗浄方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エッジ洗浄システムおよび方法は、穏やかなエッチング液の向けられた流れが、前表面エッジおよびベベルを含む回転する被加工物のエッジ領域に、前記被加工物と前記流れとの電位差を維持させながら、供給されることにおいて公開される。ある観点においては、本発明は前記被加工物の堆積あるいは除去処理に使用するものと同じチャンバに配置される、エッジ洗浄システムを供す。他の観点では、エッジ除去に使用される穏やかなエッチング液はまた、前表面あるいはウェハを洗浄するために、エッジ除去処理と同時あるいは連続的に、使用される。
Description
これは、2001年12月21日に出願されたU.S. Ser No. 10/032,318(NT-239-US)と、20002年11月8日に出願されたU.S. Prov. No. 60/424,936(NT-252-P)に優先され参照によりここですべて取り入れられる請求項の、一部の開示である。
本発明は一般的に半導体処理技術に関し、かつ特に被加工物のエッジおよび/またはベベルから導電層を除去し、かつ不必要な不純物のないこれらの領域を供するシステムおよび方法に関する。
半導体工業において様々な方法がウェハ上に導体材料を堆積しかつ除去するために使われることができる。堆積技術は電気化学的堆積(ECD)および電気化学機械的堆積(ECMD)のような方法を含む。両方法において、銅のような導体が、ウェハの表面および他の電極と接触する電解質から半導体ウェハあるいは被加工物に堆積する。材料除去技術は、化学的エッチング(CE)、電気化学的エッチング(ECE)、電気化学機械的エッチング(ECME)および化学機械研磨(CMP)を含み、これらは被加工物表面から不必要で過剰な材料部分を除去する。
電気化学機械的処理(ECMPR)という用語は、電気化学機械的エッチング(ECME)はもちろん、電気化学機械研磨とも呼ばれる電気化学機械的堆積(ECMD)法の両方を含んで使用されるものであった。両者が被加工物表面に対する電気化学的処理および機械的作動を含むため、一般的にECMDおよびECME法は両方とも電気化学機械的処理(ECMPR)と呼ばれることに気付くべきである。
ECMPR法の一つの観点において、マスク、パッドあるいはスイーパーのような被加工物表面影響装置(WSID)は被加工物表面とWSIDとの間に物理的接触または近接および相対運動があるとき、電気処理の少なくとも一部の間に使用される。平面堆積および平面エッチング方法、すなわちECMPR手法および装置を含む様々な堆積およびエッチング方法の記述が、‘電気化学機械的堆積の方法および装置’と題する米国特許6、176,952明細書および‘外部影響を用いて被加工物の頂部表面およびキャビティー表面に位置する添加剤間に差を創るメッキ方法および装置’と題する2001年12月18日に出願された米国出願番号09/740,701に見出すことができ、両方とも普通本発明の指定代理人に所有される。
堆積および除去方法が使用されているにもかかわらず、従来、処理後、被加工物は様々なタイプの洗浄および乾燥の場に移動させられる。洗浄工程の間、処理により発生した残留物は被加工物から洗い落とされ、つづいて被加工物は旋回により乾燥され、もし必要であればその表面に窒素を吹き付ける。
ある設計において、メッキ、除去処理またはECMPRが行われるところの処理チャンバおよびリンスチャンバは、縦処理チャンバ配置において縦に積み重ねられることができる。この配置において、処理は下部チャンバにてなされることができ、かつ洗浄および乾燥はそれぞれのチャンバで使用される化学物質が互いに混入しないように上部チャンバを下部チャンバから隔離した後に、上部チャンバにてなされる。このような縦チャンバは、1999年12月17日に出願された‘複数の処理に使用される縦に配置されたチャンバ’と題する共同出願中米国出願番号09/466,014号に開示されており、普通本発明の指定代理人に所有される。
従来、典型的な処理順序は、最初に導電材料を被加工物上に堆積またはメッキをなし、その後不必要な積み過ぎた過装入の導電材料のようないくつかの予め堆積された導電材料を被加工物の前面から除去する。
銅は集積回路(IC)内部コネクタおよびパッケージ利用に使用される好ましい導電材料である。ECDとECMD処理は銅を堆積できる。よってそれは一例として使用されるであろう。
銅がウェハの前表面、さらにICが存在する領域にメッキされる時、ICまたは回路が位置されていないウェハのエッジや側面、すなわちベベルにもまた堆積してもよい。いくつかの場合、エッジやべベルはメッキ液から保護され、ゆえに、銅はそこにメッキされない。しかしエッジ領域およびベベルには銅シーズ層がまだ存在する。ウェハの側部およびエッジから残っている銅、すなわちエッジ銅のようなソースであっても特にアニーリング工程中に近隣の活性領域に転移する。さらに、ウェハエッジを起源とする銅粒子はウェハ輸送システムおよびアニ−ルシステム等のような他の処理装置を汚染し、そのため他のウェハを汚染していく。ウェハエッジからの乏しい付着性の弱いフレークもまた次第に緩くなりかつ回路がある表面領域に乗ることによって、CMP工程中に問題を起こす。これらの理由およびそれ以上のため、各々の銅メッキ処理工程を随伴するウェハのエッジおよびベベルから銅を除去する必要がある。
米国特許6,309,981号明細書は金属を半導体ウェハのエッジベベル領域から除去する方法を記載している。本発明の指定代理人に属する出願、米国臨時出願60/276,103号願書は、下部処理チャンバをも含む縦チャンバシステムの上部リンスチャンバ内でエッジ銅を除去する方法および装置を記載している。
両方の上記書類において、化学除去アプローチは、硫酸および過酸化水素混合物または硝酸のような強い酸化剤のような酸化剤を持つ攻撃的なエッチング液を使用する。このような攻撃的なエッチング液は、酸化剤が銅を化学的に酸化し、その酸化された銅が酸性溶液に溶解するように設計されている。高い処理スループットを得ることができるために攻撃的なエッチング液は、300〜400A(オングストローム)/秒以上、好ましくは1000A/秒以上のような高い銅へのエッチング速度をもたらすように配合される。これは20000A/分をはるかに超えるエッチング速度に相当する。攻撃的なエッチング液およびそれを使用するシステムが現在使用されているが、それらの利用に関連されるいくらかの問題がある。
過酸化水素のような強い酸化剤はあまり安定ではない。それゆえ、攻撃的なエッジ銅除去エッチング液の混合、移送および保管は努力を必要とする。例えば過酸化水素を含む溶液は、過酸化水素の分解のためにコンテナ内の圧力が上がらない通気性コンテナに移送される必要がある。これらのエッチング液はまた、酸化剤の能力低下のために限られた寿命を有する。被加工物の前面エッジからの材料除去の試みおよび被加工物のエッジ以外の前面部分からの攻撃的なエッチング液の隔離を維持するために挑戦している。先に述べたように、攻撃的なエッチング液は非常に高い速度で銅をエッチングするように設計されている。それゆえにウェハのほかの部分に不用意に落ちたいくらかの小滴はこれらの領域をエッチングさせ、酸化、およびICとしての電位欠陥を生じさせる。攻撃的なエッチング液の蒸気でさえ、銅表面の数箇所、特に材料除去が行われるエッジの近傍の酸化および脱色を生じさせる。このような酸化される領域は、非常に低い化学的エッチング速度を持つ異なる酸性溶液を使用し、エッジの銅除去処理の後に典型的に洗浄する必要がある。これは保管しかつ他の溶液化学物質をもウェハ表面に運ぶことを必要とし、したがってコストを増やす。特に図5に示されるような縦チャンバ構成に対して攻撃的なエッチング液を使用することに関して別の考慮がある。これらのシステムにおいて、上部チャンバと下部チャンバはフラップあるいは他の隔離方法によって首尾よく隔離されている。しかし、いくつかの偶発的なリークがあり、かつエッジ銅除去液の雫が下部チャンバへの経路に見出すならば、それが電気的処理液と混合し問題を起こす。
米国特許6,056,869号明細書は、特別なデバイス設計を用いる特別な電気化学的エッチングアプローチを使用する化学機械研磨のための半導体ウェハの側部エッジおよび後部エッジから脱メッキする装置を記載している。この特許において、エッチング液はウェハの裏側全体に移送され、かつそのエッチング液はウェハの上部側が不活性流体ジャケットによりエッチング液から保護されながら、金属をエッジおよび裏側から電気化学的に脱メッキするために使用される。
したがって、ウェハ前面からのエッジ銅の除去を含む効率的な処理および別の浄化処理の一部としてエッジ銅の除去をなすシステムおよび方法のための半導体工業に必要である。
被加工物に存在するエッジ導体の除去の方法および装置を提供することが本発明の課題である。
被加工物のエッジに適用される穏やかなエッチング液の向けられた流れを使用しエッジ導体を除去する方法および装置を提供することがさらに本発明の課題である。
その溶液を通る電流を流しかつ、選択的にその溶液をウェハのエッジ導体に運ぶことにより非常に低エッチング速度溶液のエッチング能力を増加させることがさらに本発明の課題である。
エッジ導体を除去し、かつまた被加工物の前表面を洗浄するための同様な穏やかなエッチング液を考慮に入れるシステムを提供することがさらに本発明の課題である。
被加工物の前表面に導体を堆積し、かつまたエッジ導体を除去するための同様な穏やかなエッチング溶液を考慮に入れるシステムを提供することがさらに本発明の課題である。
被加工物の堆積または除去処理に用いられる同様な処理チャンバ内でなされるべきエッジ導体除去、被加工物前表面の洗浄、あるいはその両方を考慮に入れるシステムを提供することがその上さらに、本発明の課題である。
上述の本発明の課題、とりわけ、単独もしくはそれらの組み合わせは、被加工物と注がれる流れ間の電位差を維持しながら、穏やかなエッチング液の向けられる流れが前表面エッジおよびベベルを含む回転している被加工物のエッジ領域に供給する、エッジ洗浄システムおよび方法を提供することによって、本発明により達成される。
ある視点において、本発明は被加工物の堆積または除去処理に使われる同様な処理チャンバに配置されるエッジ洗浄システムを提供する。
別の視点において、エッジ除去に使用される穏やかなエッチング液はウェハの前表面の洗浄のためにも、エッジ除去処理と同時にまたは続いて使用される。
本発明の、上述あるいは他の課題、特徴および有利性は以下の詳細な記述にさらに記載され、本発明の制限しない実施例の方法による図面を参照し、参照数字はいくらかの視点を通し本発明の類似の部分を表す。
本発明は、上に提示された関係の解決策を供する。以下に記述されるように、本発明の手法は、有利的にエッジ銅除去時間を短縮し、かつそれによってより攻撃的なエッチング液を使用することの問題に関連せずに、処理スループットを増大させる。技術は、酸化剤なしの穏やかなエッチング液を使用する能力を有し、それによってエッチング剤の安定性の問題を有さない。被加工物の前面エッジ上の導体は、被加工物の別の前面部分がエッチング液の小滴によってエッチングまたは他の影響を受けるであろう懸念なしで除去されることができ、なぜならば穏やかなエッチング溶液は例示導体としての銅に対して100A(オングストローム)/秒未満、好ましくは50A/秒未満の非常に遅い化学エッチング速度を有する。これらの速度は、約20000A/分をはるかに超える攻撃的なエッチング液のエッチング速度とは対照的に、約3000A/分未満の範囲のエッチング速度に相当する。これは、本発明で使用する穏やかなエッチング液は強い酸化剤ではない、またはそれが強い酸化剤の相当量を含まないからである。一例としてのある穏やかなエッチング液は5〜10重量%の硫酸水溶液である。下文で記述されるように、典型的な銅メッキ液でさえ本発明の穏やかなエッチング液として使用されてもよい。酸化剤の減量を伴う攻撃的なエッチング液の配合物もまた本発明において使用されてよい。一例としてのある攻撃的なエッチング液の具体的な組成は3〜10重量%の過酸化水素を含む。この液の化学エッチング速度は、約1%未満の過酸化水素濃度を使用することで減少される。本発明において好ましいのものは50A/秒未満の化学エッチング(電圧をかけないで)速度を有すエッチング液の使用である。
本発明の穏やかなエッチング液のエッチング速度は、電圧が銅にそれを酸化するために適用するときにのみ増加する。銅表面が電気化学処理により一旦酸化されると、それはエッチング液により取り除かれることができる。穏やかなエッチング液のエッチング速度は適用電圧の存在下で500A/秒を超え、好ましくは1000A/秒を超えてもよい。このようなエッチング速度のためのエッチング電流密度は100mA/cm2を超えてよい。メッキ電解液と相溶性のある溶液は、エッジ銅除去液がメッキ電解液に偶発的に漏れる可能性は縦チャンバ処理モジュールにとっては重要ではないので、穏やかなエッチング液として使用されてよい。例えば、5〜15重量%の硫酸溶液の使用は、この溶液が硫酸と硫酸銅を含んでいる一般的に使用される銅メッキ電解液と化学的に相溶性を持つため、非常に魅力がある。
本発明がエッジ銅除去システムまたはチャンバに使用されることができることに気付くべきである。縦チャンバ構成とECMDの使用はただの一例の方法によってここに示される。穏やかなエッチング液は、エッジ銅除去処理が行われるエッジ領域近傍の銅表面の酸化を引き起こさない。それゆえ、酸洗浄工程を完全に除外されてよい。このような工程がたとえ利用されても、この処理工程は適用電圧を用いずに、エッジ銅除去工程中に使用される同じ穏やかなエッチング液を使用することができた。これはウェハ表面への第2液の貯蔵および配送を省くので、さらに節約を意味する。銅除去工程が銅メッキ処理と統合されたシステムにおいてなされる場合、メッキ電解液をエッジ銅除去液として使用することが可能である。これはさらにコストを削減する。
穏やかなエッチング液が本発明の方法において使用されるとき、エッチング液の小滴は銅除去をしようとするエッジ領域以外のウェハ領域に不用意に付着する。小滴はカソード電圧が溶液にかけられるところの電極と物理的接触をしないため、これはこの場合に問題を示さない。エッチング液と銅を通るエッチング電流なしで、エッチング小滴は、議論したように最小限である化学エッチングしか行えない。
図1は半導体ウェハのようなメッキされた被加工物100の上部平面図である。側面図として図2にも示されるように、メッキされたウェハ100は上段表面103を有す上段層102および、上部表面105aおよび下部表面105bを有す下段層104からなる。上段層102は下段層104の上部表面105aの上に形成される。下段層104の上部表面105aの表面エッジ領域、下段層の側部表面108および下段層の下段表面エッジ部分107は下段層104の外周を周るエッジ領域101を規定する。この実施において、メッキされたウェハ100の上段層102は、例えば銅のような導電材料の層または複数層からなり、かつ下段層104はそこに既に組み込まれているデバイス、回路および内部コネクタ構造を有すシリコン基板のような半導体基板を具備する。
図3は、図2に示された、ウェハ100の頂部表面領域付近109の部分的に拡大した断面図であり、それは前もってウェハ表面に形成された絶縁領域114に形成されたビアおよび溝機能110、112を具備する。図3に示されるように、メッキされたウェハ100の表面領域109は、デュアルダマシン機能のような、ビア、溝およびその他の機能を具備してよい。機能110、112およびそれら機能間の絶縁体表面は、拡散障壁/接着剤層116、およびシード層118、すなわち銅堆積の場合の銅シード層で典型的に覆われる。多くの場合、障壁層116および/またはシード層118は頂部表面エッジ部分106に延び時にはウェハ側面108に延びる。事実、これら層の一つまたは両方は表面エッジ部107を包みかつ被覆し、それによってエッジ領域101を被覆する。電気メッキ中、銅のみが障壁または銅シード層、または障壁/シードからなる層によって被覆された導電領域に堆積するので、もしエッジ領域101がメッキ電解液に曝されるなら、これは順番に銅をエッジ領域101に堆積するための銅を生じる。電気メッキされた銅層102はビア110および溝112を充填し、かつ銅層102を基板104に形成する。
上述のように銅層102はまたエッジ領域101に延出し、それにより図4で示すとおりにエッジ銅120を形成する。障壁/接着剤層は図4に示されていないこと、およびエッジ銅120はエッジ領域101上に銅シード層を有し、かつメッキ中にエッジ領域101をメッキ電解液に曝したときに銅でこの領域をメッキすることの結果であることに気付くべきである。択一的にエッジ銅120は、エッジ領域がよく知られているシール方法を使用しメッキ処理を行う間メッキ電解液から保護されるなら、まさにそれ自身がエッジ領域101を覆うシード層であってよい。エッジ銅120はウェハ100の全体または一部の外周の周囲に形成される。図4の例として、エッジ銅120は上部122、側部124および下部126を有し、それらはエッジ領域101に形成される。エッジ銅部分122〜126は、本発明の処理を通して銅エッチング液を適用することでエッジ領域101から取り除かれることができる。この実施ではエッジ銅120が上部、側部および下部を使い例示されるが、これは問題例示の目的のため、したがって、不必要な銅は上部あるいは、まさに上部、または側部などをまさに有すことが理解される。
銅がメッキ工程中に図4の頂部表面エッジ部106、側部表面108および下部表面エッジ部105に堆積しない場合でさえ、それらの領域において銅シード層の存在が示され、かつそれは典型的に所望されないことに気付くべきである。また、メッキ工程の後になされる従来のCMP工程は頂部表面エッジ部分106上の銅を除去することができるが、側部表面108および下部表面エッジ部分107から銅を取り除くことには有効ではない。
銅層102は、図5に示される電気メッキ方法およびシステム200を使用して基板104上に堆積される。システム200は下部セクション202および上部セクション204を含む縦チャンバであってよい。このようなチャンバシステムは、1999年12月17日出願の、‘複雑な処理のための縦配置チャンバ’と題する米国出願番号09/466,014号に開示されており、普通本発明の指定代理人に所有される。本発明は縦チャンバシステムを使用して記載されているが、それは本発明の例示が目的である。本発明の実施は、さらにここで記述されるような他の処理をなすチャンバ内はもちろん、近接しない洗浄および処理チャンバを有すシステムのような他のシステムで使用されることができる。したがって、この実施によるとエッジ銅除去処理は上部チャンバ内でなされる。したがって、下部チャンバはいくつかの型のECMPR、メッキまたは材料除去システムのような処理セクションを含み、上部セクションは洗浄、エッジ銅除去および乾燥セクションを含むであろう。上部および下部セクションは、ここでさらに記述するように上部チャンバの処理で使用される様々な材料および液が下部チャンバに達することを抑え、ある特別な実施でガードフラップとして記述される移動可能な障壁を有する。
ある処理の実施において、処理はまず下部セクション202の被加工物前表面に施され、次の段階で、リンスによる洗浄が上部セクション204においてなされる。以下にさらに詳しく記述するように、上部セクション204において洗浄と、連続的に前もしくは後、または同時にエッジ銅除去処理がなされる。以下の択一的な実施においても記述されるように、エッジ銅除去処理はまた下部セクションがこのように装着されるとき下部セクションにおいてもなされる。エッジ銅除去処理は、もし望まれるなら、第2の洗浄および乾燥処理に続いてもよい。択一的に、最初の洗浄工程は処理スループットを増加させるためにとばしてもよい。この場合洗浄および乾燥はエッジ銅除去処理が完了したらすぐに行われる。
図5で示されるように、堆積処理が下部セクション202でなされるので、ウェハホルダ206はウェハ100を支持する。ウェハホルダは、好ましくは、ウェハ100が装填される下段表面105の第1(図4参照)かつ安全にされる円形チャック207を具備する。ウェハホルダ206がシャフト212を使用して下部セクション202内に下降できるようにガードフラップ208がシャフト/ローラー結合210を介し垂直に位置している。シャフト212は端から端に移動し、かつシャフト212の垂直軸で回転できるようにさらに適応されている。洗浄、エッジ銅除去および乾燥の間、ウェハホルダ206は上部セクション204中に垂直に上昇させられ、かつフラップ208は矢印214の方向に動くことによって閉鎖する。
ECMPRの間、上述のように、ウェハ100が操作される(図3も参照)。例えば、ECMD処理は一般的に平坦な銅層を機能上に形成することに用いることができる。ECMPR装置215は隆起220を有すパッドのようなWISD217を有する、ウェハ表面影響デバイス(WSID)アセンブリー216と、ECMDまたはECMEのどちらかが使用されるならば電解質、ECMEのみがなされるならエッチング液、および他の堆積または除去方法が使われるならば他の溶液である溶液に浸漬する電極とを具備する。
ECMD処理で使われる電解液溶液は、堆積されるべき銅のような金属のイオンを含み、WSID217を通して流すことによって、メッキ電極(図示しない)およびウェハ100と接触する。例示的な銅メッキ液は、硫化銅、工業に一般的に使用され、かつ促進剤、サプレッサー、塩素およびいくつかの場合にはリベラ−のような添加剤も含む硫酸溶液であってよい。電気処理中、ウェハ100の頂部表面103は電位差がメッキ電極とウェハ表面とに適用されながら、WSID217にほんのわずかな間隙を持てるようにまたは好ましくは接触できるように、極めて接近して運ばれる。
図6、図7で示されるように、システム200の下部セクション202において処理がなされた後、ウェハホルダ206はシャフト212を用いて上昇させられる。それから、フラップ208は下部セクション202を上部セクション204から隔離するように垂直配置から水平配置に移動させられる。フラップ208が閉鎖配置になるとすぐ洗浄がなされる。リンスによる洗浄中、ホルダ206はフラップ208に向けて下降される。
ある実施では、矢印222で示された洗浄液の流れは上部セクションの側壁226および/またはフラップ208に位置するノズル224を通して供される。使用された洗浄液は、図6に模式的に示されているように外壁226上の外部導管228を用いてセクション204の外に排出される。この溶液は閉鎖配置のフラップ208があるために、下部セクション202内において電解液と混入しない。洗浄工程中、ウェハ100は回転され、かつ洗浄液はウェハ100に適用される。ウェハ100は高回転数の回転により回転乾燥される。さらに、洗浄および乾燥空気または窒素のような不活性ガスもその乾燥を助長するためにウェハに吹き付けられる。
洗浄および乾燥処理後、エッジ銅除去処理は下記に記述するように穏やかなエッチング剤の流れを用いて同じ上部チャンバ204でなされる。択一的に被加工物処理が下部チャンバ202で完了した後、ウェハはウェハ表面が下部チャンバ内の溶液と接触しないようにシャフト212によって上昇させられる。しかしウェハはまだ下部チャンバ202に残る。ウェハの高回転数(典型的には200〜1000rpm)は過剰な電解液のような液をウェハ表面から除去しかつ表面を乾燥させる。それからウェハはエッジ銅除去処理のために上部チャンバ204に上昇させられる。洗浄および乾燥工程はエッジ銅除去の後になされる。
他の択一的な処理順序は、メッキ工程後に上部チャンバ204においてウェハ表面をリンスすることをまだ含む。エッジ銅除去はそれから回転乾燥なしでなされる。この択一的処理順序は処理時間を短縮し、かつ処理スループットを増やすことを目的とする。
図6、7を参照すると、エッジ銅除去中に、ウェハ100がおよそ20〜1000rpm、好ましくは50〜500rpmで回転されながら、矢印230で示される穏やかなエッチング液の流れがエッジ銅120に適用される。さらに、より詳しく図9に示されるように、(+)および(-)として示される電位差は流れと被加工物との間に創られ、それは電位差の利用なしに行われるより非常に短い時間で被加工物のエッジおよびベベル領域において金属除去をなすことを穏やかなエッチング液に供す。電位は銅フィルムを含むウェハ表面と穏やかなエッチング液と物理的に接触するエッチング電極との間に適用される。電気的接点はウェハは回転するのでウェハ表面上をスライドする定常的な接点を通すことを含む様々な方法を通してウェハ表面に作られる。エッチング電極はそれに接触する穏やかなエッチング液の中で安定な導電材料からなる。プラチナ被覆金属またはチタンがエッチング電極材料である。
前に指摘したように、穏やかなエッチング液が溶液を意味するとき、電位差が適用されないなら、それは最小限のエッチングしか供さない。このような穏やかなエッチング液のエッチング速度は100A/秒未満、好ましくは50A/秒未満である。それゆえにこれらの溶液は標準エッジ銅エッチング適用には有用ではない。例えば、2000Aのエッジ銅層を穏やかなエッチング液を用いて除去するために、40秒を超える処理時間が必要になる。例えば1ミクロンの薄い層を除去するためには、法外な処理時間が必要となる。択一的に、このような溶液が適用された電圧の存在下で本発明において使用されるとき、より短い処理時間は、エッチング速度が加えられた電圧、溶液の温度および溶液のある化学組成に依存して1000A/秒を超えるため、達成できる。処理中もしいくらかの穏やかなエッチング液がエッジから離れたウェハ表面にこぼれるなら、ゼロボルト(化学的に)エッチング速度のため、わずかな量しかエッチングされない。図7を参照すると、穏やかなエッチング液は少なくとも一つのノズル232を通して整流の形態で供給され、このノズル232が手法(流れがウェハ100の中心から遠ざけて向ける水平成分を有する)で穏やかなエッチング液の流れをウェハ100に向けるようにフラップ208に載せるかまたは逆にウェハ100に関連して位置されることが好ましく、したがって溶液をウェハの中心部から離れるが、エッジ銅120上に保持することを促進する。
穏やかなエッチング液はフィードポンプ(図示しない)に接続されるフィードチューブ234を通してノズル232に注ぎ込まれることができる。ノズル232は溶液を強く制御された流れとしてエッジまたはウェハの外周に向ける。エッチング液は様々な量を様々な時間間隔で適用され、1〜10ml毎秒の間の量を約5〜10秒間適用することが好ましい。回転するウェハおよび溶液の表面張力から生じる両方の遠心力のために、溶液はウェハのエッジにある角度で到達し、エッジ銅120の上部122に外向きに向けられる溶液の流れはエッジ銅120の部分124および126の上を流れ、かつそれらを覆う(図4参照)。穏やかなエッチング液がエッジ銅120に接触する角度もまた多様で、エッジ領域106であるエッチング領域の狭小化または広幅化をなす。エッジ領域106の幅はまたウェハおよび/またはノズルの横方向または縦方向の移動により変えられることができる。ノズルが常に所定の角度を保っていれば、エッチング領域はウェハを上下に動かすことまたはそれを横に動かすことによって狭小化あるいは広幅化される。同様に、ウェハが同様の水平位置および同様の高度を保てば(回転せずに)、エッチング領域はウェハに対するノズルの角度の変化によって狭小化あるいは広幅化されることができる。記述された方法における上述の所定の処理作業である限りは、ノズルは壁または他の場所に設置されてよく、発明の範囲内である。以下に例示するように、選択的な実施において同様の電気化学除去処理は、図5で示されるように下部チャンバ202がこのように装着されているとき下部チャンバ202中で行われることができる。
したがって図8で示されるように、穏やかなエッチング液は電位差適用下においてエッジ銅部分122〜126をエッチングし、頂部表面エッジ部分106、側部表面108およびエッジ部分107から除去し、それによってエッジ領域101を露出させる。図8を参照すると、本発明の除去処理はエッジ領域101近傍の銅の末端壁250を残す。エッチング処理後、ウェハは洗浄され、かつ乾燥される。
したがって、本発明の主旨において、エッジ銅は穏やかなエッチング液を用いて電気化学的に除去される。化学除去またはエッチング処理と比較して、エッジ銅の電気化学的除去は迅速であってもよい。電気化学的エッジ銅除去のほかの優位性は、処理が酸化剤を含む標準エッジ銅除去液の希薄溶液はもちろん、穏やかなエッチング液、標準エッジ銅除去液を用いることができることである。好ましい方法は穏やかなエッチング液を使用することである。
本発明の独特な特徴はメッキ液をエッジ銅除去のために穏やかなエッチング液として使用することである。この目的のために、いくらかの種類メッキ液が使用されることができる。この実施において、エッジ銅除去に使用される例として穏やかなエッチング液は10〜200gm/lの硫酸および15〜50mg/lの銅を含む銅メッキ液であってよい。この液は、塩素、促進剤、サプレッサーおよびリベラーを含む一般的に使用される少なくとも一つのメッキ添加剤もまた含んでよい。エッジ銅除去が図5のシステムの上部チャンバにおいてなされるなら、それらは両方とも同じ溶液であるので、この溶液の偶発的な下部チャンバで使用されるメッキ液への漏れはメッキ液の質に影響を与えないであろう。
図9はエッジ銅除去システムおよび処理のより詳細を示す。様々な構成要素の番号は図6、7と同様である。穏やかなエッチング液230はエッジ銅120に接触する。少なくとも一つの接触素子286は電源282の正極端子に接続され、銅層102のどこかに接触してよい。接触素子286は導電ブラシまたはワイヤからなる。電源282の負極端子はエッチング電極290に接続され、それは物理的に穏やかなエッチング液に接触する。処理中、電源282からの電圧の適用下で、電流が太矢印Iで記す回路を流れる。穏やかなエッチング液284は、矢印で示されるように良好な調節された流れの形態で流れ、エッチング電流が通電するこの回路中の導体として働くことに気付くべきである。それ故に、流れが連続であることが重要である。別の方法ではエッチングは増加された速度で行われない。ノズル232は、導管284を通る溶液230を受ける電気的導電ノズルであることができる。この場合においてノズルはエッチング電極であってよく、かつ電源282の負極端末はノズル本体に直接接続されてよい。択一的に、図9に示されるようにノズル232は絶縁材料からなることができる。この場合、溶液230に接触するエッチング電極290は電源282の負極端末に接続されてよい。どちらの方法においても、エッチング電極上の負電圧のために、多段階のエッジ銅除去処理後に銅積載がエッチング電極表面上で起きる。それ故に、それらはそこに集積して堆積した銅を除去するために定期的洗浄されなくてはならない。この洗浄は全体的に化学的または電気化学的であってよい。ノズル232は例えばフラップ上またはチャンバ側壁上に設置されることができる。電源は縦チャンバシステムにおける電気堆積に使用される電源またはエッジ除去処理に単独で使用される電源であってよい。しかし、縦チャンバシステムの電源が使用されるならば、電源はそれがメッキに使用されないときにはエッジ銅除去処理に使用できるような両処理用の共有方法において利用されることができる。
電気化学的エッジ銅除去中、ウェハ100が約20〜1000rpm、好ましくは50〜500rpmで回転しながら、図9において矢印で表された穏やかなエッチング液230がウェハ100のエッジ銅に適用される。穏やかなエッチング液は良好に調製され連続な流れの形態でノズル232を通して適用される。好ましくは、穏やかなエッチング液の流れは0.5〜2mm、好ましくは1mmの直径を有する。電力が接触素子および電極またはノズルに適用されるとすぐに、エッジ銅120が電気化学的に除去される。前に示したように、除去液の表面張力およびウェハの回転数の両方のための除去の間、溶液は図8において示されるウェハ100のエッジ領域101を現しながら、エッジ銅を包みかつエッジ銅を均一にエッチングする。この点において、ウェハの回転数は図8に示されるエッジ輪郭を示すように最適化されるべきである。ウェハの回転数が速すぎるならば、溶液はエッジを包まず、結果としてエッジ除去が成功しないであろう。一方、回転数が遅すぎるならば、溶液がウェハの中心にさらに広がり、望まれない状況として、潜在的にエッジ領域101近傍の銅層を薄くする結果となる。
前に述べたように、穏やかなエッチング液の使用および本発明の電気化学的性質は従来のエッジ銅除去処理に対しての有利性を供す。上述の利益に加え、従来技術の攻撃的なエッチング液に対して、銅層上に穏やかなエッチング液が偶発的飛び散る間、穏やかな溶液によるダメージは非常に小さいものである。理解できるように、電気化学的処理における電気的構成要素の非連続性は、飛び散る間、容易に穏やかな溶液の増強されたエッチング能力を奪う。処理の他の優位性は、電圧コントロール法または電流コントロール法のいずれかで行うことができる、というものである。両技術は、除去処理のモニターの操作をなし、および終点が検出された時、つまりエッジ銅が除去されたときにそれを停止する。例えば電圧コントロールが選択されたら、除去処理に使用される電流の鋭い減衰はエッジ銅除去の終点を明らかにし、かつ処理はこの点で停止する。択一的に、電流コントロールを選択すれば、処理に使用する電圧の鋭い上昇がエッジ銅除去の終点を示す。
この実施において、より良好な溶液を取り巻き覆うものを供すために、ノズルはウェハ100の高さ以上に位置し、エッジ銅120とわずかな角度をなしてよい。
ある状況においてエッジベベル除去に使用される溶液は穏やかな溶液であるので、エッジベベル除去は、堆積または被加工物の前面からの材料除去を操作するものと同様の処理チャンバにおいて行われる。図10A−10Bは、電気化学エッジ銅除去が図5で示されるシステム200の下部202においてなされる択一的実施を示す。前述のように、ECMPR装置215は、隆起220、処理液219に浸漬する電極218を有すWISD217を具備する。処理液219はWSIDが設置される上にあるキャビティー221に保持される。上述のように、ECMPR中に電位が処理されかつWISD217に近接するウェハ100の表面と電極218との間に確立されながら、ウェハ表面はWISD217を通り流れる処理液によって湿潤させられる。この実施において、堆積処理の代わりにエッチング処理もまたなされることができたと理解されたが、処理液219は例えばメッキ処理および次の電気化学的エッジ銅処理の両方に使用することができる処理液である。両処理のために処理液219は処理液供給タンク(図示しない)から供される。処理中、ウェハ表面への電気的接触はWISD217近傍に位置する接点223と通して確立されることができる。ウェハがWISDの上を移動しながら、接点は移動可能にウェハの露出エッジに接触する。接点223は典型的に、例えば‘電気処理のための電気的接点を供する方法およびシステム’と題する、2001年9月12日に出願された臨時願書に記載されているような、導電ブラシである。
図10Aに示してあるようにこの実施において、ECMPR装置215はノズルであってよい電気化学エッジ銅除去装置290と装着される。ノズルは、そこで電極218と電気的接触する上述の同様の処理液供給タンクに接続される。システム200の電極218とのこの電気的接続は、電気化学的エッジ除去処理をなすときに両方ともシステム200の電源292の負極端子に接続されている必要がある導電ノズルまたは特別なエッチング電極を具備するノズルの必要性を除外する。代わりにメッキ(または除去)に使用される電極218がまたエッジ銅除去処理のエッチング電極としても使用される。もちろん、特別なエッチング電極を有すノズルまたは複数のノズルは本発明の範囲内である。
電気化学エッジ銅除去処理中、ウェハ表面への必要な正電荷接触はECMPR装置215の接点223に既に電気的に接触している接続素子を使用してなされてよい。この場合、キャビティー221中の処理液219の水位は、キャビティー内の溶液219を通ってウェハ100の表面に到達する溶液219を通る電気経路が存在しないほど低く、それ故に溶液219を通りウェハ100に到達するように存在する導電経路のみがエッジ銅除去装置290を通る経路であることを保証する。択一的接点293は隔離されてもよく、かつ電源292とのその電気的接続はスイッチ(図示しない)を通して達成されてよい。択一的配置を伴い、図10Aおよび10Bを参照して、接触素子293はノズル290近傍に位置する導電ブラシであってよい。ブラシ293およびノズル290の両方は、メッキ(あるいは除去)が行われる期間の間にウェハとのわずかでも物理的接触がないように、WISDの適切な周辺に位置してよい。ブラシ293は接点のストランドよりも長いストランドを有す。このようなより長いストランドは、ウェハがWISDの上で上昇されかつノズルおよびブラシ293が位置する領域上を移動させられるときに、エッジ銅除去処理のため、ウェハ表面との接触を確立することができる。このエッジ銅除去処理中、溶液219からウェハ100までに存在する電気経路のみがエッジ銅除去装置290を通る。
図10Bにおいて示されるように、先のECMPR処理中に銅メッキされたウェハがエッジ銅除去装置290の近くに移動されるので、ブラシ293は表面と接触する。穏やかなエッチング液219はエッジ銅に上述の方法で適用される。銅堆積(除去)処理後、ウェハをWISDおよびメッキ液から移動し、かつその表面から過剰の溶液を運ぶためにそれを回転することが最良である。それからウェハを新しい位置に移動しエッジ銅除去工程を行う。多くの目的(メッキまたは銅除去)のための多くの溶液を管理し運ぶ必要を除外するため、エッジ銅除去液としてメッキ液を使用することは魅力がある。
図11に示されるように、他の実施において、銅除去装置300は、互いに下地部306と接続される上部アーム部302および下部アーム部304を有す角形の‘U’字型本体を具備する。溶液入り口307は、U字本体中に配置される溶液保管部材に穏やかなエッチング液を配送するために、上部アームおよび下部アームに接続される。装置300の下地部306は電源312の正極端子に接続される電極310を具備する。保管部材308は入り口を通して配送される穏やかな溶液で満ちた柔らかなスポンジ状の材料であることが好ましい。保管部材がエッジ銅120によって加圧されるとき、それはエッジ銅を包みかつ穏やかな溶液をエッジ銅120に運ぶ。電源310の正極端子に接続される少なくとも一つの接触素子314は銅層102上のどこかに接触してもよい。穏やかなエッチング液はウェハ100が回転しながらエッジ銅120に適用される。結果としてエッジ銅はウェハのエッジからエッチングされる。
図12は他の実施を説明し、同様の液が両方のエッジベベル除去およびウェハ前面洗浄に使用される。図12は、前に記述した図6の改良として、この記載の目的を説明する。しかし、ここに記載されるシステムはそのような位置でそれを使用することの優位性はあるが、縦チャンバ処理システムの上部チャンバにて使用される必要がなく、結果としてそのように記載されることに気付く。同様な溶液はエッジベベル除去に適しているので、溶液はノズル232、もちろんノズル234の両方に矢印で示される単一供給源から供給するために用いられる。同様の供給源を使用しながら、異なるノズルの異なるポンプ、または単一ポンプおよび連続流を供するノズル232およびミストを供するノズル224のような異なるタイプのノズルがあってよい。しかし説明されるように、上述のようにエッジベベル除去をなすためにノズル232から放出される溶液の流れがある一方、ノズル224から放出された溶液は小滴と共に、流れを避けるスプレーとして放出される。前面エッジを含むエッジベベル除去のための溶液流れを用いることによって、被加工物の残留前面上の小滴のみであるがエッチングは小滴維持されることができない、流れが維持する電気経路によってエッジベベル領域上で非常により迅速に起こる。
図13A−13Bは、エッジベベル導体除去装置1102(以下EBCR装置)を具備するECMPRシステム1100を説明する。本発明のECMPRシステムは電気化学機械的堆積(ECMD)システム、電気化学機械的エッチング(ECME)システム、またはその両方として使用されてよい。以下に記載するように、ECMPRシステム1100はEBCR装置1102および同様の電解質またはECMPRシステム1100内で行われる堆積またはエッチング処理に使用される処理液を使用し、エッジベベル導体除去処理をその場でなすことができる。本発明のEBCR装置は、他のより従来的な導体堆積および除去システム、例えば標準電気メッキシステムおよび電気ポリッシャーシステムにおいて、ウェハからエッジ銅を除去するために使われることができる。
ECMPRシステム1100はキャリアヘッド1104、被加工物表面影響装置(WSID)1106および処理液1110に浸漬する電極108のような多くの構成部材をさらに具備し、処理液コンテナ1112を備える。ECMPRシステム1100は、平面または非平面エッチングと同様に平面または非平面メッキをなすことができる。例えば非平面処理法が選択されるならば、ウェハの前面はWSIDに接近して運ばれるが、非平面金属堆積がなせるように、ウェハ表面とWSID表面の間にはギャップが存在する。さらに、平面処理法が選択されるならば、ウェハの前面または側面は相対運動がWSIDとウェハ表面の間で確立されるように、WSIDに接触する。電解液はWSIDを通して配送されるため、ウェハは前面がWSIDに接触しながら動かされる。ウェハと電極の間への適用の下で、かつWSIDを通して流れる処理液の存在で、銅のような導体はウェハの前表面にメッキされるか、またはエッチングされる。
第1実施における処理液1110は、ECMD処理で使用される電気メッキ液でよい。WSIDは、WSID1106通して処理液1110を流す多数の導管1114を備え、かつキャリアヘッド1104に保持されるウェハ1118の前面1116を湿潤させてよい。キャリアヘッドは、ウェハの前面1116、例えば全ての前面をエッジを除かずに電気メッキ液に曝しながら、ウェハを回転および横方向および縦方向に移動することができる。この実施においてウェハ1118の前面1116は導体層、好ましくはシステム1100において電気化学的堆積(ECD)またはECMD処理に使用される銅層によってメッキされる。メッキ処理中、電極1108は陽極として働き、電源1119の正極端子に接続される。ウェハ1118の前面1116は接点1120(図13B)を通して電源の負極端子に接続される。メッキ処理中、ウェハが移動されかつ回転されることによりウェハ前表面全体はメッキ液に曝されるので、ウェハのエッジ領域1122は導体でメッキされる。エッジ領域はウェハの側表面およびこの側表面近傍にある前面の細いエッジストライプを備える。そのエッジにはウェハの後部表面に広がるいくらかの包まれた導体がさらにある。このエッジ領域すべてをメッキする導体はEBCR処理工程で除去されるべきである。以下に、ウェハのエッジ領域1122上にメッキされる導体を本発明のEBCR装置1102を使用しその場でどのように除去するかを記載する。この実施において、銅(Cu)は導体の例として選択される。
図13A−13Bにおいて示されるように、システムのEBCR装置1102はシステム1100のWSID1106に設置される。操作において、ウェハに施される処理が終了するとすぐに、ウェハキャリア1104はウェハ1118をEBCR装置に移動しかつ、エッジ領域1122をEBCR装置1102の上部開口1124上に配置する。EBCRの上部開口1124はWSID1106の頂部表面1126にあり、かつそれ故に導管1114を通って流れる電解液を連続的にEBCR装置の中および外に流出させる。択一的に、電解液はEBCR装置の底から直接的に移ってきてもよい。EBCR装置中の溶液は、WSIDとウェハ1118の前面上のメッキされた銅の間に流れそれにより両者と接触する電解液110の一部である。この段階において、EBCR装置1102はEBCR装置と電源1119(図13B参照)の負極端子との接続の確立によってスイッチが入る。ウェハ1118の前面1116は電源の正極端子と接点1120を通して接続される。この方法で、エッジ銅除去はウェハのエッジでエッジベベル銅の電気エッチングを通してなされてよい。
図14に示されるように、EBCR装置はEBCR電極1128を保持する囲い1127を備える。囲い1127はWSID中の開口でよい。EBCR装置を充填する電解液1110は電極1128、ウェハ1118の前面1116およびエッジ領域1122の銅を湿潤する。故に、EBCR電極1128と銅層またはウェハ表面との間に電圧が適用されるとすぐ、ウェハはより正電荷を帯び、電気エッチング電流がウェハ(陽極)のエッジ領域1122からEBCR電極1128(陰極)に流れる。電気エッチング電流は実質的に囲い1127の電圧に制限され、それによって電流はより局在化する。電解液1110がWSIDを通って流れるので、エッジ領域はウェハ1118の回転により開口1124上を移動させられ、それによりエッジ領域1122が開口1124上を通ることによりエッジ領域1122上の銅が除去される。しかし、エッジ領域がEBCR装置1102の開口1124上に運ばれるとすぐに、エッジ領域からの銅除去の範囲は開口とエッジ領域1122との距離および処理液抵抗のようなある変数に依存する。
図15Aに例示されるように、ウェハがWSID1106と接触しながらEBCR装置1102上を運ばれるならば、エッジ領域またはウェハの前面1116とWSID1106の表面との距離は最小またはゼロである。したがって、エッジ領域1122の銅の電気エッチングは開口1124上に位置するエッジ領域の部分に沿って進行する。ウェハがWSID1106と接触するので、エッチングは前側に対して明らかに内向きには広がらない。距離dE1は、ウェハがWSID1106と接触しながらEBCR装置によって除去される銅の範囲を近似的に示す。
しかし図15Bで示されるように、ウェハが接触しない位置にあれば、EBCR装置の効果はさらに内面に広がり、かつエッジからの除去範囲は広くなる。エッチングされる距離は距離dE2(dE2>dE1)で表されるならば、それから距離dE2はウェハとWSIDとの間の鉛直距離が増加するので増大する。これはウェハ周辺のより大きな領域がEBCR装置からの電流に曝されることによる。しかし、ECMPRシステムにおいて使用される処理液が低酸性度ではあるが高銅濃度を持つ処理液のような高抵抗の処理液であるならば、エッチングの範囲はEBCR装置1102の開口1124を横切る領域に実質的に限定される。
一般的に、EBCR処理の完了はエッチング電流と電圧をモニターすることで検出される。図15Aおよび15Bを参照すると、銅はウェハのエッジ領域1122から除去されるので、もし電気的接触が銅層に形成されたら(図13Bに示される接点1120を通るように)、エッジからの銅除去を示しながら、電圧は所定の電流に対して増加し、電流は所定の電圧に対して減少する。
図17に関連して図16A−16Cは、図13Bで使用されるもののようなウェハ1118への電気接点を使用するEBCR終点検出処理を例示する。図16A−16Cに示される段階(I)、(II)および(III)は、図15A−15Bと関連して記載されるEBCR装置を使用し、ある例示的時間期間内にEBCR処理が進むことでウェハの前表面1116にメッキされる銅を説明する。図17は時間に対するEBCR処理電圧の変化を示す。図16Aの段階(I)は、第1時間期間での銅除去範囲を示す。ウェハ1118は回転させられるので、電気接点の位置はエッジ領域1122上の軌道Aとして示される。第1の例示的時間期間t1における電圧の適用下で、まさにその外周で銅は第1除去線1130まで除去され、それにより下部障壁層を曝す。さらに、図16Bの段階(II)において、第2の例示的時間期間t2で、銅層は第2の除去線1132まで除去される。図17を参照してt1およびt2の例示的時間期間中、エッジ領域から除去されるべき銅がまだ存在することを示す電圧は相対的に変化しないままでいる。図16Cを参照して、段階(III)において、第3の時間期間で銅は軌道AまたはEBCR処理を完了する終点まで除去される。図17に示されるように、銅除去は電気接点軌道Aにさらに近づくので、接点軌道Aに沿うエッジ銅除去を示す電圧は増加する。接点軌道Aに沿う銅が除去されるので、電気接点は銅より低い導電性を有す障壁層に接触する。これは電圧の増加をもたらす。電圧増加の検出により、EBCR処理は停止される。
図18において説明されるように、上述の手法とは異なり、EBCR処理中、WSID1106の表面に接触または非常に近接しながら、ウェハはEBCR装置1102から遠ざけられる。この手法において、エッジ領域1122とEBCR電極1128との距離は最も短いので、電源が適用されたとき電気エッチングがエッジ領域で始まり、かつ時間の関数として回転するウェハの中心に向けて広がる。EBCR処理中、電流の流れはWSID上を流れる電解質1110を実質的に通る。電流の方向は矢印Aで示される。さらに、矢印Bで示されるように漏れ電流はWSIDの穴1114を通る他の経路を辿る。このような漏れはエッジ領域1122以外の領域においてウェハ表面からの銅エッチングを起こす。故にこの漏れ電流は、経路Aを通る電流の流れの抵抗を減少させ、かつ経路Bを通る抵抗を増加させることで最小化される必要がある。ここに記載されるEBCR手法は、前面エッジ領域、後面エッジ領域およびベベルを含むウェハのエッジ領域全てから全ての不必要な銅を除去することに気付くべきである。EBCR中、処理液がこれら全ての領域に物理的に接触し、かつ電気エッチング電流がそれら全てに接近することがその理由である。
多くの時間EBCR処理を繰り返した後、または各々のEBCR処理の後に、EBCR電極1128はいくつかそれに堆積された銅を有することが予想される。EBCR電極1128に堆積した銅は、EBCR電極1128と電極1108のような溶液に接触する他の電極とに電位差を適用することによって洗浄されてよい。図13Aに戻って参照すると、EBCR洗浄中、電極1128上の堆積した銅がエッチングされるまで、電極1108は電源1119’の負極端子に接続される一方、電極1128は電源1119’の正極端子に接続される(点線で示される)。本例においてEBCR処理は電源1119を使用することでなされ、かつEBCR電極の洗浄が電源1119’を使用することでなされるが、電源1119は適切な電気接点とスイッチを後に記載されるように有するECMPRシステムにおいてなされる処理全ての電源として、単独で使用されることができることが理解される。さらに、EBCR電極洗浄工程は、ウェハがEBCR処理後にリンスを通して洗浄される時間期間で行われてよい。このようにEBCR電極洗浄時間はEBCR処理の全処理量に影響を与えない。
図19A−19Bはエッジベベル除去装置1202(以下EBCR装置)を含むECD(電気化学的堆積)システム1200を説明する。システム1200は電気堆積および堆積のためのシステムに使用されるものと同様の電解液と共にEBCR装置を使用する、ベベル除去処理をその場でなすことができる。システム1200はキャリアヘッド1204、処理液コンテナ1212に収容される処理液1210に浸漬する電極1208のような多くのシステム構成部材を具備する。コンテナ1212は上部開口1213を有する角形の囲いであってよい。コンテナ1212は上部開口1213の位置まで電解液により満たされており、かつ電解液は開口1213から外に流出される。ウェハが上部開口1213の近くに運ばれるなら、外に流出する電解液はキャリアヘッド1204により保持されるウェハ1218の前面1216を湿潤する。ウェハの前面1216を電解液に曝しながら、キャリアヘッドはウェハを回転し横および開口1213上で上下に移動させることができる。EBCR処理に先立って、ウェハと電極との電位が適用される下で、ウェハ1218の前面1216は銅層のような導体層によりメッキされる。電極(陽極)はこの処理中に電源(図示しない)の正極端子に接続される。ウェハの前面1216は、コンテナ1212に沿って(図19に示されるように)広がる接点1220の接点を通り電源の負極端子に接続する。接点1220は曲面(これはウェハの円周を辿る)を含む、異なる形および形状でよいことに気付くべきである。本例では定常的な直線状の接点を使用する。
上述の場合のように、メッキ中、銅はウェハのエッジ領域1222にもメッキされる。これは不必要な状況であり、かつエッジ領域にメッキされた銅は本実施のEBCR処理工程を使用して除去されるべきである。図19A−19Bを参照すると、システムのEBCR装置1202は処理液1210に浸漬される。操作中、ECD処理が終わるとすぐに、ウェハキャリア1204は横方向にウェハ1218をEBCR装置1202にむけて移動させ、かつそのエッジ領域1222をEBCR装置1202上に位置させる。択一的に、EBCR装置はエッジ領域に向けて移動されてよい。EBCR装置はまた銅堆積中に処理液の中に入らない。EBCR処理をなしながら、それは処理液に浸漬される。
処理液にウェハの後部を湿潤させる適切なウェハキャリア設計をまた使用し、電極はウェハの後側部に位置してよく、かつEBCR処理はエッジ領域の銅を除去するためになされてよい。図20は、処理液コンテナ1606に収容される処理液1604に浸漬される電極1602を具備するEBCRシステムを説明する。銅でメッキされた前表面1610を有す半導体ウェハのような被加工物1608の側面1607が電極1602にまたがって位置する。電極1602(それは円形であると思われる)の中心およびウェハ1608の中心はZ軸にそって整列していることが好ましい。
ウェハキャリア(図示しない)はウェハを処理液表面1614に近づける。ウェハのエッジ領域1616の範囲を越えるエッチングを避けるために、ウェハ前表面1610は処理液表面1614とウェハ1608の前表面1610との距離dが好ましくは基板上の銅フィルムの抵抗よりも非常に大きい処理液の抵抗を導入する量未満であるように処理液表面1614に近づけられる。距離dは数ミリメートルでよい。EBCR処理中、電極1602は電源1618の負極端子に接続される一方、ウェハの前表面1608は電源1618の正極端子に接続される。電力が適用されたとき、電気エッチングがエッジ領域1616で始まり、かつ時間の関数として前表面1610の中心に向けて内面的に広がる。前表面1610上の限られた溶液本体の高い電気抵抗は前表面1608上の電気エッチングの範囲を制限する。前表面上の電気エッチングの範囲は距離dの増加により増加する。この手法で使用される溶液はフィルム表面1608を明らかに化学的にエッチングしないものであるべきであることに気付くべきである。しかし、それは電圧が適用されるときには電気化学的にエッチングできる能力を有すべきである。溶液の化学的エッチング速度は1100A/分未満でよい。このような穏やかな化学的エッチング液は本発明において電気エッチング液として良好に働き、それらは穏やかに化学的にエッチングしEBCR処理が行われるので表面を洗浄する。ウェハ表面への電気的接点は図20のウェハの中間に示される。好ましくは、この接点は銅フィルムのエッジが洗浄されるとき電気エッチング処理からの電流と電圧のシグナルが前に記載されたように処理の完了をしめすようにウェハのエッジのどこか近くまたはエッジにあってよい。そういった点で、接点はウェハの前面エッジのEBCR後ウェハに所望されるエッジ除去の数値に等しいかまたは近い場所に位置する。それからベベル上の銅が取り除かれる。除去はそれから上部表面1608上のウェハの中心に向けて続く。エッジ除去が電気接点に到達したとき、電圧は処理が電気エッチングの終了により停止する終点を示す。
図21Aは、図15Aおよび15Bに示され、EBCR電極1228を保持する囲い1227を具備するEBCR装置1202を詳細に表す。EBCR装置1202は処理液1210を、デバイスの先端にある開口1224を通して、随意に装置の周りの多くの開口または穴1225を通して、EBCR装置に流出させることをなす。この段階において、EBCR装置1202はEBCR装置と電源の負極端子との間の接続を確立することによってスイッチが入れられる。ウェハの前面上の銅は電源の正極端子に接続される。EBCR装置を満たす処理液1210は、電源の負極端子に接続するEBCR装置のEBCR電極1228を前面1216およびウェハ1218のエッジ領域1222の銅に、処理液を通して、電気的に接触させる。処理液1210は流動するので、エッジ領域1222はウェハ1218を回転させることにより開口1224上を移動させられ、それによりエッジ領域1222上の銅はエッジ領域が開口1224上を横切るので電気化学的に除去される。
上述のようにエッジ領域1122からの銅除去の範囲は、エッジ領域とEBCR装置1202の開口1224との距離に依存する。開口とウェハのエッジ領域との鉛直距離が増加すると、銅除去の範囲もまた増加する。しかし前もって説明した通り、これは処理液の抵抗によってもまた制限される。
図19A−19Bおよび図20に関連して記載されるものと類似なある手法においては、EBCR処理はウェハ1218を結局動かさずに開始される。しかし、EBCR装置は電解液1110表面に近づくように運ばれてもよい。この手法において、処理液1210はウェハ1218の表面1216およびエッジ領域1222に適用される。電力が供給されるとき、電気エッチングはエッジ領域で始まり、かつ時間の関数として回転するウェハの中心に向けて内向きに広がる。この特別な手法において比較的小さい電極はEBCR装置と取って代わってよい。
前の実施で記載されたように、EBCR電極1228に堆積した銅はEBCR処理が完了した後、EBCR電極1228と電極1208とに適切な電位をかけることで除去される。択一的に、溶液と接触する他の電極(図示しない)は堆積した銅を移動するのに使用されてもよい。この他の電極は、それから間をおいて、それを取り出しかつエッチング液の中でそれをエッチングすることで洗浄されてもよい。
他の実施において本発明のEBCR装置1230が図21Bのように示される。この実施において、デバイス1230は、内部導電核1232および外部絶縁囲い1224を有す固体本体からなる。本実施のEBCR装置1230は、装置1202のための前の実施において記載されたように利用される。
図22A−22Bは、EBCR装置1302を具備するEBCRシステム1300を説明する。システム1300はEBCR液1303と共にEBCR装置を使用してエッジベベル除去処理をなすことができる。このシステムで処理されるべきウェハは、ECMD、ECD、CVD、MOCVDおよびPVDを具備するよく知られている堆積方法のいずれかを使用して銅メッキされる、前処理されるウェハでよい。
システム1300はキャリアヘッド1304、コンテナ1308に収容されるEBCR液1306を具備する。コンテナ1308は上部開口1310を有す角形の囲いであってよい。図22Aは長手側の視野にそってコンテナ1308を示す。コンテナ1308は溶液で上部開口1310の高さまで満たされた状態を保ち、溶液は連続的に開口1310から流出する。処理中、キャリアヘッド1304により保持されるウェハは開口1310に近づくように運ばれ、かつそのエッジ領域1311はEBCR液1303に浸漬するEBCR装置1302の上に設置される。EBCR装置1302は電極1318を保持する囲い1316を具備する。EBCR装置1302は、処理液1303を、装置の先端で開口1320を通し、随意に装置の周りの多くの穴を通し、EBCR装置に流入させる。キャリアヘッドは、ウェハの前面1314を、弱い溶液1303に十分に曝させながら、開口1310上で回転できる。弱い液はウェハの前面1314上の銅をエッチングしない。
図22Bは、コンテナをその短手の視野にそって示す。図22Bに示されるように、ウェハの前面3114はコンテナ1308にそって広がる接点1317を通して電源の正極端子に接続される。この段階で、EBCR装置1302はEBCR装置と電源との接続が確立されることによってスイッチが入れられる。EBCR装置を満たす溶液1303は、電源の負極端子に接続するEBCR装置の電極1318をウェハ1312の前面1314およびエッジ領域1311に接触させる。溶液は流動するので、エッジ領域1311はウェハ1312を回転することでEBCR装置1302の開口1320上を移動させられ、それによりエッジ領域1311上の銅はエッジ領域が開口1320上を横切ることで除去される。
以前の場合と同じように、エッジ領域1311からの銅除去の範囲はエッジ領域とEBCR装置1302の開口1320との間の距離に依存する。開口とウェハのエッジ領域1311との距離が増加すると、銅除去の範囲もまた増加する。しかし前に説明したように、これもまた処理液の抵抗に制限される。
図23A−23Bは、電極1401を有すエッジべべル除去装置1402(以下EBCR装置)を具備するECD(電気化学堆積システム)1400を示す。システム1400は、堆積のためのシステムで使用されるものと同じ電解液と結合するEBCR装置を使用してベベル除去処理をその場でなすことができる。
システム1400はキャリアヘッド1408、処理液コンテナ1412に収容される処理液1410に浸漬した電極1408のような多くのシステム構成部材を具備する。コンテナ1412は上部開口1413を有す角形の囲いであってよい。壁1414はコンテナの第1セクション1415aを第2セクション1415bから隔離する。この実施において、第1セクション1415aはEBCR装置1402が保持され、かつEBCR処理がなされるEBCRセクションである。第2セクション1415aはECDセクションである。EBCRおよびECDセクション1415a、1415bは壁1414の開口1416を通し連結されてよい。これはその先端での流体伝達に加えて、セクション1415aと1415bとの間の他の流体伝達開口を付与する。コンテナ1412は開口1413の高さまで電解液で満たされた状態を保ち、電解液は開口1413から連続的に流出する。ウェハ1417がECDセクション1415bの上部開口1413に近づくように運ばれるとき、外に流出する電解液はキャリアヘッド1404に保持されるウェハ1417の前面1418を湿潤させる。キャリアヘッドは、ウェハの前面1418を電解液に十分に曝らさせながら、ウェハを回転させ、かつ横方向および縦方向に開口1413上を移動させることができる。ECDセクション1415bにおいて、EBCR処理に先立ってウェハ1416の前面1418はウェハと電極との電位適用の下で導体層、好ましくは銅層でメッキされる。電極(陽極)は電源(図示しない)の正極端子に接続される。ウェハの前面1418は、コンテナ1412に沿って広がる接点(図示しない)を通して、電源1419の負極に接続される。
図23A−23Bに示されるように、エッジ領域1422上にメッキされる銅は、システム1400のEBCRセクション1415aにおいて、ウェハをEBCRセクション1415a上で横方向に移動させかつ、エッジ領域1422をEBCR装置1402の上または非常に近接させるように位置させることにより、除去される。電極1401が電源1419の負極端子に接続されるとすぐに、電流は穴1416を通って、‘経路B’を流れる電流抵抗はより高いので、優先的に‘経路B’よりも‘経路A’に流れる。この実施において、EBCR処理は前の実施のようになされる。この計画はEBCR電解質を使用するEBCRシステムの隔離にもまた使用されてもよい。
図24は、EBCR処理および、メッキ処理あるいはECMPR、ECDまたはECMDのような電気的エッチング処理のいずれかの処理の両方に使用される電力スイッチシステムの、考えうる概略図を例示する。電力スイッチシステム1500は電源1502を具備する。第1スイッチ1504および第2スイッチ1506を通して、電源1502はECMPRまたはECDシステムである電気処理システム1600に接続する。明瞭な目的のため、図24はウェハ1 1602、EBCR電極1604およびシステム1600の電極を概略的に示す。以下の表は、システム1500中のスイッチ1504および1506の位置はもちろん点Aの極性が変化したときの、システム1600においてなされることができる処理のタイプを示す。
上に記載されたいくらかの例は、適切にエッジ導体除去をその場で達成できる本発明の方法の能力を論証するために、処理液としてメッキ液を使用したが、記載されたシステムはエッチングシステムでよく、かつ処理液は銅除去のためのリン酸のようなエッチング液でよい、ということを理解すべきである。この場合において、電気エッチング処理は被加工物の表面から銅を除去するためなされ、その場でのエッジ銅の除去は本発明においてEBCR装置を使用し行われる。選択的に、EBCRを有す上述のシステムは、他のモジュールにおいて前処理された被加工物のエッジ銅フィルムを除去することに使用されてよい。例えば、これらのシステムは、エッジを除くその表面全体から過剰な導体を除去するためのCMP、エッチングまたは電気エッチング技術により研磨されたウェハからエッジ銅を除去することにも使用されてよい。
様々な好ましい実施が詳細に上に記載されたが、熟練者は、実施例の多くの改良は実質的に本発明の目新しい技術および優位性からそれることなしに可能であることを、速やかに理解するだろう。
Claims (59)
- エッチング溶液および前記エッチング溶液と接触するエッチング電極を用いて被加工物の導電性層のベベルエッジ、この導電層の前面ベベルエッジ表面を含む、から導電材料を除去する方法であって、
前記被加工物を回転させる工程;
前記被加工物を回転させながら、前記エッチング溶液の連続流を前記被加工物の前記ベベルエッジ、前記ベベルエッジは前記導電層の前記前面エッジを含む、に向ける工程;および
前記電極と前記被加工物の前記導電層とに電位差を適用する工程、
を含む方法。 - 前記向ける工程が穏やかなエッチング液をベベルエッジに向ける請求項1記載の方法。
- 前記穏やかなエッチング液は、前記電位差の適用の結果として、前記電位差の適用なしで起きるよりも、よりベベルエッジをエッチングする請求項2記載の方法。
- 前記穏やかなエッチング液はメッキ液である請求項2記載の方法。
- 前記向ける工程に先立ち、前記メッキ液を使用して前記被加工物の前記導電層の頂部表面に導体を堆積させる工程をさらに含む請求項4記載の方法。
- 前記堆積工程は縦チャンバアセンブリーの下部チャンバに配置される前記被加工物で行われ、かつ前記向けるおよび適用する工程は前記縦チャンバアセンブリーの上部チャンバに配置される前記被加工物で行われ、かつ前記堆積工程の後および前記向ける工程の前に前記被加工物を下部チャンバから上部チャンバに移動させる工程をさらに含む請求項5に記載の方法。
- 前記堆積工程は電気化学機械的堆積法を使用する請求項6記載の方法。
- 前記堆積および前記向ける両方の工程は単一チャンバに配置した前記被加工物で行われる請求項5記載の方法。
- 前記堆積および前記向ける両方の工程はそれぞれ異なるチャンバに配置された被加工物で行われる請求項5記載の方法。
- 前記指導工程に先立ち、メッキ液を使用し前記被加工物の前記導電性層の頂部表面に導体を堆積させる工程をさらに含む請求項4記載の方法。
- 前記堆積工程は電気化学機械的堆積法を使用する請求項10記載の方法。
- 前記堆積工程は直立チャンバアセンブリーの下部チャンバに配置される前記被加工物で行われ、前記向けるおよび適用する工程は前記縦チャンバアセンブリーの上部チャンバに配置される前記被加工物で行われ、前記堆積工程の後および前記向ける工程の前に前記被加工物を下部チャンバから上部チャンバに移動させる工程をさらに含む請求項10記載の方法。
- 前記堆積工程は電気化学機械的堆積法を使用する請求項10に記載の方法。
- 前記向ける工程に先立ち、電気化学的処理を前記被加工物の前記導電層の頂部表面になす工程をさらに含む請求項4記載の方法。
- 前記電気化学機械的処理をなす工程は、縦チャンバアセンブリーの下部チャンバに配置される前記被加工物で行われ、前記向ける工程および前記適用工程は前記縦チャンバアセンブリーの上部チャンバに配置される前記被加工物で行われ、前記電気化学機械的処理をなす工程の後および前記向ける工程の前に前記被加工物を下部チャンバから上部チャンバに移動させる工程をさらに含む請求項14記載の方法。
- 前記電気化学機械的処理をなす工程および前記向ける工程両方は単一チャンバに配置した前記被加工物で行われる請求項14記載の方法。
- 前記電気化学機械的処理をなす工程および前記向ける工程両方は各々異なるチャンバに配置した被加工物で行われる請求項14記載の方法。
- 前記導電層の頂部表面上に前記穏やかなエッチング液のミストを吹き付ける工程をさらに含む請求項2記載の方法。
- 前記吹き付け工程および前記向ける工程両方は単一チャンバに配置した前記被加工物で行われる請求項18記載の方法。
- 前記吹き付け工程および前記向ける工程両方は同時に行われる請求項19記載の方法。
- 前記吹き付け工程および前記向ける工程両方は両方とも経時的に行われる請求項19記載の方法。
- 被加工物の前面導電性表面エッジ上でのエッジベベル除去処理をなす装置であって、
チャンバ;
前記被加工物を保持し回転させる移動可能かつ回転可能な被加工物ホルダー;および
エッジベベル除去システムを具備し、
前記エッジベベル除去システムは、
少なくとも前記被加工物の前記前面導電表面エッジにエッチング液の連続流を供給するための少なくとも一つのエッジ導電材料除去装置;
前記連続流に物理的に接触することに適応し、かつ前記連続流と前記被加工物の前記前面導電表面エッジとの電位差を供するための電極、
を備える装置。 - 前記エッジ銅除去装置は、前記エッチング液の前記連続流が前記被加工物の前記前面導電表面エッジに外向きに向かうように前記被加工物に関連する位置内に配置される少なくとも一つのノズルを具備する請求項22記載の装置。
- 前記被加工物の前表面に穏やかなエッチング液を向けるための、前記チャンバ内に配置される洗浄ノズルを少なくともさらに含む請求項22に記載の装置。
- 前記穏やかなエッチング液と前記エッチング液は、同じ溶液である請求項24記載の装置。
- 前記チャンバの下に配置される他のチャンバ;
前記被加工物が前記チャンバ内にあり、かつ少なくとも一つ前記エッジ銅除去装置が使用されるときに、前記他のチャンバを前記チャンバから隔離するのに適応する移動可能ガード;および
前記他のチャンバに配置される前記被加工物の前表面を処理するシステム
をさらに具備する請求項22記載の装置。 - 前記システムは、電気化学機械的処理システムである請求項26に記載の装置。
- 前記電気化学機械的処理システムは、電気化学機械的堆積システムである請求項27に記載の装置。
- 前記被加工物の前表面に電気化学機械的処理を供するための前記チャンバ内に配置される電気化学機械的処理システムをさらに含む請求項22記載の装置。
- 少なくとも一つのエッジ導体材料除去装置に使用される前記エッチング液は、また前記電気化学機械的処理システムにも使用され、
前記電気化学機械的処理システムはキャビティー、前記キャビティー内に配置される電極、前記電極から前記被加工物の前記前表面までの一つの電気経路を供するために前記キャビティー内に配置するエッチング液、前記エッチング液が流れるところの被加工物の近くに配置される被加工物表面影響装置、および前記キャビティー内に配置される前記エッチング液と前記被加工物との電位差が維持できるように電気化学機械的処理中に前記被加工物に電気的接触を供するための端子を含む請求項22記載の装置。 - 前記エッチング液の前記連続流を前記キャビティーから少なくとも一つの前記エッジ導体材料除去装置に供するための導管をさらに含む請求項30記載の装置。
- エッジ導体材料の除去中に前記被加工物に電気的接触を供する他の端子をさらに含む請求項31記載の装置。
- 前記他の端子は、前記端子と同じものである請求項32記載の装置。
- 前記他の端子は、前記端子と異なる請求項32記載の装置。
- 前記エッジ銅除去装置は、前記エッチング液の連続流を前記被加工物の前記前面導電表面エッジに外向きに向けるために前記被加工物に関連する位置内に配置される少なくとも一つのノズルを含む請求項30記載の装置。
- 前記電気化学機械的処理システムは、電気化学機械的堆積システムである請求項30記載の装置。
- 前記エッチング液が、電気化学機械的処理が行われるときに第1の水位を有し、かつエッジベベル除去が行われるときにキャビティー内に他の低い水位を有するようにキャビティー内のエッチング液の水位を調節する流量調節器をさらに含む請求項30記載の装置。
- 被加工物のエッジベベル除去をなし、かつ溶液を用いて被加工物の前面を洗浄する方法であって、
前記被加工物を回転させる工程;
導体材料を第1の速度で前記ベベルエッジから除去するために前記被加工物を回転させながら、ソースから得られる液体の連続流を前記被加工物の導電性層のベベルエッジに向ける工程;および
前記被加工物の前記前表面を洗浄するために前記被加工物を回転させながら、前記ソースから得られる前記溶液の吹き付けを前記被加工物の前記導電性層の前面に向ける工程、
を含む方法。 - 前記流れを向ける前記工程と前記吹き付けを向ける工程は経時的になされる請求項38記載の方法。
- 前記流れを向ける工程と前記吹き付けを向ける工程は同時になされる請求項38記載の方法。
- 前記連続流を向ける工程が行われながら、前記溶液の前記連続流と前記被加工物の前記導電層との電位差が適用され、かつ前記吹き付けは電気経路を前記導電層に供することができず、それによって前記被加工物の前記前面からの前記導電材料の除去が前記第1の速度よりも遅い第2の速度で生じることを保証する請求項38記載の方法。
- 前記溶液は穏やかなエッチング液である請求項41記載の方法。
- 前記流れを向ける工程と前記吹き付けを向ける工程は、経時的になされる請求項41記載の方法。
- 前記流れを向ける工程と前記吹き付けを向ける工程は、同時になされる請求項41記載の方法。
- 処理液と前記処理液と接触する電極を使用し、被加工物の導電表面のエッジ領域から導電性材料を除去する方法であって、
前記被加工物を回転させる工程;
前記被加工物の前記導電表面を前記処理液に接触させる工程;
前記被加工物の前記エッジ領域を前記電極近傍に位置させる工程;および
前記被加工物を回転させながら、前記電極と前記被加工物の前記導電層とに電位差を適用する工程と、
を含む方法。 - 前記処理液は、メッキ液である請求項45記載の方法。
- 前記メッキ液は、前記電位差適用の結果としてエッジ領域をエッチングする請求項46記載の方法。
- 前記配置工程に先立って、前記メッキ液を使用して前記被加工物の前記導電表面に導体を堆積させる工程をさらに含む請求項46記載の方法。
- 前記堆積、配置および適用工程すべては、単一チャンバ内に配置される前記被加工物で行われる請求項48記載の方法。
- 前記堆積工程は、電気化学機械的堆積法を使用する請求項49記載の方法。
- 前記堆積工程は、被加工物表面影響装置に配置される前記被加工物で行われ、前記堆積および適用工程は前記被加工物表面影響装置中の前記電極を保持する開口上方に配置される前記被加工物の前記エッジで行われる請求項50記載の方法。
- 前記堆積工程は、被加工物表面影響装置に配置される前記被加工物で行われ、前記堆積および適用工程は前記被加工物有効影響装置中の前記電極を保持する開口近傍に配置される前記被加工物の前記エッジで行われる請求項50記載の方法。
- 前記堆積工程は、電気化学的堆積法を使用する請求項49記載の方法。
- 前記堆積工程は、前記メッキ液に浸漬される前記被加工物の前記導電表面で行われ、前記配置および適用工程は前記電極近傍に位置する前記被加工物の前記エッジで行われる請求項53記載の方法。
- 前記処理液は、エッチング液である請求項45記載の方法。
- 前記導電表面を前記エッチング液に浸漬させることをさらに含む請求項45記載の方法。
- 前記配置および適用工程は、前記電極近傍に位置する前記被加工物のエッジで行われる請求項55記載の方法。
- 被加工物の前面導電表面エッジ上でエッジベベル除去処理をなすための装置であって、
処理液を収容するチャンバ;
前記処理液中に前記被加工物を保持し回転させる移動可能かつ回転可能な被加工物ホルダー;および
処理液を物理的に接触させ、かつ前記被加工物の前記前面導電表面に対して電位差を供するために適応される電極を含むエッジベベル除去構造
を具備する装置。 - エッジ導体材料除去中、前記被加工物の前記導電表面に電気的接触を供する電気的接点をさらに含む請求項58記載の装置。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051208 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060516 |