JP4637081B2 - クラスタ処理装置 - Google Patents
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Description
本願は、２００６年５月１７日に出願されかつ参照のために正式に本明細書に援用される米国仮特許出願第６０／７４７，４４２号に係る出願日の優先権を主張するものである。
本発明は、処理装置に関するものであり、より詳細には、半導体ウェハー用のクラスタ処理装置に関するものである。
電子工学製品の進歩に伴って、メモリ、中央演算処理装置（ＣＰＵｓ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、半導体レーザー、またはその他の装置やチップ・セットの製造に半導体技術が幅広く応用されている。高集積化・高速化の要求を実現するために、半導体集積回路の寸法が縮小され、銅や超低誘電率材料等の種々の材料が、これらの材料や要求に付随した製造上の障害を克服するための技術とともに使用されてきている。
図１は、従来のビアホール構造を示す概略断面図である。基板１００上に銅層１１０が形成される。この銅層１１０上に低誘電率（low-k）誘電体層１２０が形成される。この低誘電率誘電体層１２０内に銅製ビア１３０が形成される。銅製ビア１３０が空気に晒されると、銅製ビア１３０の上面が空気中の酸素と反応して、酸化による酸化銅層１４０を形成する。この酸化銅層１４０は、銅製ビア１３０の前記上面と、この上面に形成された導電層（図示せず）と、の間の電気的接続に悪影響を与える可能性がある。従って、ビアの開口、銅シード層の形成、銅層の形成、銅の化学機械研磨（ＣＭＰ）、超低誘電率材料の形成、等の重大な処理ステップの際に、空気に晒されないように高度の注意が払われるべきである。
従来、ある重大な処理ステップの後で、基板１００は、この重大な処理ステップを行う処理チャンバから取り出され、次の処理まで一時的にカセットつまり前方開口式一体化容器（ＦＯＵＰ）に保管される。このカセットやＦＯＵＰ内に基板１００を配置できるようにカセットやＦＯＵＰの扉を取り払うと、酸素を含んだ空気が周囲環境からカセットやＦＯＵＰ内へ流入する。この扉を閉じると、空気は、基板１００とともにカセットやＦＯＵＰ内に封入されてしまう。上述したように、酸素は、酸化銅層１４０を生ずるように基板１００上に形成された銅層１１０と反応する傾向がある。
この問題に対処するために、半導体製造処理において重大な処理ステップが実行された後では「Ｑ時間」が必要とされる。例えば２〜４時間のように、所定の予め定められた時間つまりＱ時間、の中で、次の基板処理が実行されなければならない。バリア層の形成等の次の処理がこの時間内で行われなければ、銅層１１０上に生じた酸化銅層１４０を除去するために洗浄処理が要求される。
基板１００上への半導体素子の高集積化により、半導体製造処理は複数の重大な段階を有し、重大な段階の各々は基板を保護するように設計されたＱ時間を伴なう。これらのＱ時間の要求はその製造処理を複雑にする。加えて、もしＱ時間が不足している場合には、洗浄段階等の追加の段階が処理時間や複雑さを増大させる。
背景技術手段として、特許文献１は半導体製造方法を記載しており、この記載の全てが参考のためここに援用される。この文献では、ＣｏＷＰ（コバルト・タングステン・リン化物）膜が、暴露による銅層の酸化を防止するように銅層上に形成される。しかしながら、銅層の形成後からＣｏＷＰ膜の形成前までに、銅層を含んだ基板が処理チャンバから動かされて、周囲環境に晒されてしまう。よって、このＣｏＷＰ膜の形成前に、この銅層上に酸化銅層が生じてしまう。従って、前記方法は、酸化物形成から完全に銅層を保護することはできない。
米国特許出願公開第２００２／００７４６６４号明細書
以上から、本発明の目的は、改善されたクラスタ処理装置を提供することである。
幾つかの実施例に従って、装置は、筐体と、少なくとも１つの処理チャンバと、ロボットと、少なくとも１つのバルブと、を含む。筐体は、筐体内にガスを含むとともに、筐体の開口部に蓋をするように構成された少なくとも１つの扉を備える。ガスは、少なくとも１つの還元ガスを含む。ロボットは筐体内に設けられ、扉と処理チャンバとの間で基板を搬送するように構成されている。バルブは筐体に接続されている。
本発明の上記特徴およびその他の特徴は、添付の図面とともに、本発明の好適な形態に係る以下の詳細な説明からより良く理解されるだろう。
実施例の詳細な説明は添付の図面とともに読まれることが意図されており、これらの添付の図面は記載された詳細な説明全体の一部分とみなされる。詳細な説明において、「下側の」、「上側の」、「水平の」、「垂直の」、「上の」、「下の」、「上」、「下」、「上端」、「下端」等の相対用語は、（「水平に」、「下方に」、「上方に」等の）当該相対用語の派生語とともに、詳述されもしくは検討中の図面に図示された方向に言及するために解釈されるべきである。これらの相対用語は、説明の便宜を図ったものであり、装置が特定の方向に構成され、動作されることを要しない。
図２は、典型的なクラスタ処理装置の概略断面図である。このクラスタ処理装置は、筐体２００と、少なくとも１つの（好ましくは複数の）処理チャンバ２１０と、少なくとも１つのロボット２２０と、バルブ２３０，２４０等の一乃至複数のバルブと、を含む。ステージ２０１、テーブル、または他の支持装置（まとめて「ステージ」と呼ぶ）が、筐体２００内に設けられ、基板２７０を搬送するロボット２２０と、処理チャンバ２１０と、を支持する。ある実施例では、ロボット２２０は、ステージ２０１に設けられたレールつまりガイド２２５に沿って走行する。
筐体２００は密封空間を含み、この密封空間内にはガスが存在している。幾つかの実施例では、この密封空間は、筐体２００の壁２０５とステージ２０１の上面２０１ａとによって取り囲まれている。また、筐体２００は、筐体２００の開口部に蓋をするように構成された少なくとも１つの扉２０３を備える。幾つかの実施例では、筐体２００の壁２０５の少なくとも１つの壁上に、またはこの壁内に、扉２０３が設けられる。この扉２０３は、処理チャンバ２１０と接続部２８０との間で基板２７０を適切に搬送できるように設けられる。このロボット２２０は、扉２０３近傍の位置から処理チャンバ２１０近傍の各位置まで、または、それぞれの処理チャンバ２１０近傍の各位置の間で、ガイド２２５に沿って走行する。このロボット２２０は、処理チャンバ２１０の間で、または扉２０３を通して処理チャンバ２１０から接続部２８０まで、基板２７０を搬送するように動作する。幾つかの実施例では、処理チャンバ２１０の間、または処理チャンバ２１０と接続部２８０との間の搬送速度を向上するように、複数のロボット２２０が筐体２００内に設けられる。
少なくとも１つのバルブが筐体２００内に設けられる。幾つかの実施例では、クラスタ処理装置は、筐体２００にガスを供給するバルブ２３０（第１バルブ）と、筐体２００からガスを排気する排気バルブ２４０（第２バルブ）とを含む。圧力計２５０を、バルブ２３０，２４０の制御に使用するために、バルブ２３０とバルブ２４０とに接続してもよい。幾つかの実施例では、バルブ２３０または／およびバルブ２４０は、不活性ガスまたは混合ガスの、除去速度、流速、および／または噴射速度を制御する少なくとも１つの質量流量制御装置（ＭＦＣ）に接続されている。幾つかの実施例では、バルブ２４０は筐体２００内の圧力を制御するように構成されている。
基板２７０は、例えば、ウェハー基板や、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、もしくは電子発光（ＥＬ）ランプ等のディスプレイ基板や、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板（これらをまとめて基板２７０と呼ぶ）である。
筐体２００は、還元ガス、および基板２８０に対して反応しないガス（無反応ガス）、の少なくとも１つを含んだガスを、その内部に包含する。各々の処理チャンバ２１０の間または処理チャンバ２１０と接続部２８０との間で基板２７０を搬送する際に基板２７０が晒されることに起因した、基板２７０の面の酸化を低減もしくは阻止するために、還元ガスは供給可能である。幾つかの実施例では、基板２７０は露出した銅層（図２に図示しないが図１に図示）を含み、還元ガスは、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、他の還元ガス、もしくはこれらの混合体からなるものであってもよい。前記反応しないガスの成分は、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、もしくはやラドン（Ｒｎ）等の不活性ガスや、基板２７０の面と実質的に反応せず、酸化物やその他の望ましくない反応を生成しない窒素（Ｎ２）等のその他のガスを含んでもよい。幾つかの実施例では、前記ガスはＮ２とＨ２との混合体を含み、このうちＨ２は単位容積当り約４％〜約１０％である。
還元ガスの量は、選択された還元ガスが揮発性のものである場合は、爆発やその他の揮発を抑制するように制御されるべきである。例えば、Ｈ２がキャリヤ２００内の還元性化学物質であれば、キャリヤ２００内のＨ２の量は単位容積当り約４％と同等もしくはこれ未満の値にすべきである。Ｈ２のある好適な量は約４％に対して約１０百万分の一（ｐｐｍ）の間にあって、残りのパーセンテージは少なくとも１つの反応しないガスからなる。幾つかの実施例では、ＮＨ３がキャリヤ２００内の還元性化学物質であれば、キャリヤ２００内のＮＨ３の量は単位容積当り約１５．５％と同等もしくはこれ未満の値にすべきである。ＮＨ３のある好適な量は約１５．５％に対して約１０百万分の一（ｐｐｍ）の間にあって、残りのパーセンテージは少なくとも１つの反応しないガスからなる。
ある実施例では、筐体２００内の圧力は、周囲環境から筐体２００に流入するガスを阻止もしくは低減するために、筐体２００を取り囲んでいる環境の圧力よりも高く維持されている。例えば、この環境圧力が約１ａｔｍ（約１．０１３ｘ１０５Ｐａ）であれば、筐体２００内の圧力は約１ａｔｍより高く維持される。従って、筐体２００内の圧力は環境圧力に伴って変化する。幾つかの実施例においては、筐体２００内の当該圧力は、約１．０ａｔｍ〜約２．５ａｔｍの範囲である。
幾つかの実施例では、筐体２００内のガスが、筐体２００を取り囲んでいる環境中に漏れ出たりまたは流れ出たりしても差し支えない。もし当該ガスがＮＨ３等の人間に有害なものである場合には、筐体２００内のガスは、ガスの漏れ量が環境に有害なレベルに至らないように制御される。例えば、ＮＨ３の場合には、このレベルは周囲環境において２５ｐｐｍ未満に維持されるべきである。また、筐体２００内のＮＨ３等のガスの量は、当該懸念を払拭するように調整されてもよい。
幾つかの実施例では、筐体２００は接続部２８０へ接続される。この接続部２８０は、この接続部２８０に接続されたキャリヤ（図示せず）へ基板２７０を搬送可能にするように構成されており、このキャリヤは、例えば、同一出願人かつ同時係属中の米国仮特許出願第６０／７４７，４４５号（２００６年５月１７日に出願されかつ参照のために正式に本明細書に援用される）に記載されているように、カセットや前方開口式一体化容器（ＦＯＵＰ）等であってもよい。この接続部２８０内の圧力およびガスの条件は、筐体２００内の条件とほぼ同様であっても、異なったものであってもよい。
バルブ２３０とバルブ２４０とが、筐体２００の側壁２０５に設けられる。バルブ２３０は、筐体２００内の圧力が１ａｔｍ等の所定圧力よりも低いときには、一乃至複数の源（図示せず）から筐体２００内へ、還元ガスを含んだガス等の不活性ガスを噴射するように作動可能となり、ガスのレベルおよび／または圧力を調整する。幾つかの実施例では、バルブ２３０によって導入されたガスは、Ｎ２とＨ２との混合体からなり、このうちＨ２は単位容積当り約４〜１０％である。このバルブ２４０は、筐体２００内の圧力が２．５ａｔｍ等のもう１つの所定圧力よりも高いときには、筐体２００からガスを排気するように作動可能となり、この筐体２００内の圧力を調整する。幾つかの実施例では、バルブ２３０とバルブ２４０の双方を用いるのではなく、バルブ２３０またはバルブ２４０の１つのみを用いるだけでよい。このような実施例では、バルブ２３０またはバルブ２４０が、筐体２００内の圧力が所定の圧力よりも低いときには筐体２００内に前記ガスを噴射することができ、筐体２００内の圧力が所定の圧力よりも高いときには筐体２００からガスを排気することができる。
幾つかの実施例では、圧力計２５０は、バルブ２３０、バルブ２４０、もしくはこれらの双方に接続され、これにより、圧力計２５０は信号を送信してバルブ２３０をトリガして前記ガスを筐体２００内へ噴射するとともに、バルブ２４０をトリガして前記ガスを筐体２００から排気する。他の実施例では、バルブ２３０と排気バルブ２４０とが前記ガスを噴射・排気するのにそれぞれ時間設定されていたり、または、これらのバルブ２３０，２４０が感圧性であったり、内部計器を備えていてもよい。
幾つかの実施例では、圧力計２５０または他の計器が、筐体２００内の圧力と筐体２００外の圧力とを検出する。筐体２００内の圧力が筐体２００外の圧力よりも予め定められた量だけ高い場合には、圧力計２５０は信号を送り、バルブ２４０をトリガして所望の圧力差に至るまで筐体２００内に混合ガスを開放する。
前記バルブ２３０は、還元ガスまたは還元ガスを含んだ混合体を噴射するために使用可能である。もちろん、筐体２００内の混合ガスの圧力および／またはその容積割合が上述したような要領で維持される限りは、同一または複数の源から所望の一乃至複数のガスを噴射するために、一乃至複数のバルブ２３０を配設可能である。
バルブ２３０が筐体２００へ還元ガスを供給する実施例においては、筐体２００への還元ガスの供給を促すために、還元ガスの分子量が筐体２００内のガスの分子量よりも大きいときに、バルブ２３０は筐体２００の上端領域近傍に設けられる。例えば、バルブ２３０から噴射される還元ガスがＮＨ３であり、筐体２００内の混合ガスがＮＨ３とＨｅとの混合体であると仮定する。ＮＨ３の分子量は１７であり、Ｈｅの分子量は２である。前記ガスが１０％のＮＨ３と９０％のＨｅとからなる場合には、前記ガスの分子量は約３．５となり、１７より低い。従って、バルブ２３０は筐体２００の上端領域近傍に設けられ、これにより、このバルブ２３０が作動するとＮＨ３が筐体２００内に効率的に拡散する。対照的に、もし還元ガスの分子量が筐体２００内の混合ガスの分子量よりも小さければ、バルブ２３０は筐体２００の下端領域近傍に設けられる。例えば、前記還元ガスがＨ２からなり、筐体２００内の混合ガスがＨ２と窒素との混合体からなると仮定する。Ｈ２の分子量は２であり、窒素の分子量は２８である。前記ガスが１％のＨ２と９９％の窒素とからなる場合には、前記ガスの分子量は約２７．７４となり、２より大きい。従って、筐体２００の下端領域近傍に設けられたバルブ２３０からの還元ガスは、バルブ２３０が作動すると筐体２００内に効率よく拡散する。前記「上端領域」は図２に示すような上端壁に限定されないことに留意にされたい。この上端領域は筐体２００の側壁２０５の上端部分であってもよい。また、前記下端領域は筐体２００の側壁２０５の下端部分であってもよい。幾つかの実施例では、バルブ２３０は前記ステージ２０１内に構成され、還元ガスは、前記ステージ２０１の上面にある開口部（図示せず）を通して筐体２００中へ開放される。
バルブ２３０とバルブ２４０との構成は、上述した記載や図示の記載に限定されない。前記ガスを、基板２７０との酸化やその他の化学反応を効果的に抑制する形で筐体２００内に拡散することができる限りは、バルブ２３０とバルブ２４０とは、いずれの所望の位置に配設可能である。
幾つかの実施例では、例えば、約１気圧（約１．０１３ｘ１０５Ｐａ）の圧力と、空気および蒸気と、伴った初期条件下に、筐体２００はおかれる。このような初期条件が好ましくなかったら、上述したような筐体２００内の好ましい条件が達成されるべきである。幾つかの実施例では、好ましい条件を得るために、少なくとも１つの除去ステップとポンプ送出ステップとが与えられる。除去ステップにより、還元ガスまたは前記混合体が筐体２００内に導入される。ポンプ送出ステップにより、空気またはガスが筐体２００から排気される。幾つかの実施例では、ポンプ送出ステップは、例えば、バルブ２４０によって実施され、このバルブ２４０は、筐体２００内の圧力を、０．７ａｔｍ等の所定圧力まで低下するように筐体２００から空気を排気する。次いで、このポンプ送出ステップは終了し、除去ステップが例えばバルブ２３０によって開始され、このバルブ２３０は還元ガスまたは混合ガスを筐体２００内へ導入する。幾つかの実施例では、筐体２００に所望の条件が得られるように除去ステップとポンプ送出ステップとが数回繰り返される。
さらに他の実施例では、除去ステップとポンプ送出ステップとが同時に実行され、これにより筐体２００内の空気が当該筐体から効果的に排気可能となる。これらの実施例では、もしバルブ２３０がＨ２等の還元ガスを筐体２００に導入する場合には、このバルブ２３０を筐体２００の上端部に構成し、バルブ２４０を筐体２００の下端部に構成してもよい。これはＨ２（分子量２）が空気（分子量約２９）よりも軽く、空気は筐体２００の下端部に構成されたバルブ２４０によってより効果的に排気可能となるからである。もしバルブ２３０が、空気（分子量約２９）よりも重い、Ｈ２およびＫｒ（分子量３６）等の混合ガスを筐体２００に導入する場合には、筐体２００から空気をより効果的に排気するために、バルブ２３０を筐体２００の下端部に構成し、バルブ２４０を筐体２００の上端部に構成してもよい。幾つかの実施例では、バルブ２３０，２４０に供給されるガスを開閉することによって、除去ステップとポンプ送出ステップとを実行してもよい。例えば、上述したように、バルブ２３０は、Ｈ２を含んだ混合体を導入するように筐体２００の下端部に構成され、バルブ２４０は筐体２００内の所望の条件を維持するように筐体２００の上端部に構成される。筐体２００内の初期条件を除去するために、除去ステップがバルブ２４０によって実行されて筐体２００へＨ２が導入され、ポンプ送出ステップがバルブ２３０によって実行される。
処理チャンバ２１０は、それぞれの扉２１５を含む。幾つかの実施例では、処理チャンバ２１０は、金属処理および／またはキャップ層形成のための装置を含む。チャンバはウェット式チャンバでもドライ式チャンバであってもよい。ある実施例では、処理チャンバ２１０は、図１に示されたビアを形成するための装置を含む。幾つかの実施例では、金属処理用のチャンバは、少なくとも１のウェット洗浄ベンチ（例えば、スクラバー洗浄装置）、金属還元ウェット槽（例えば、銅還元ウェット槽）、金属還元ドライチャンバ（例えば、銅還元ドライチャンバ）、金属めっき槽（例えば、銅電気めっき槽または銅無電解めっき槽）、ドライエッチチャンバ、金属研磨装置（例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置）、低誘電率誘電体堆積装置（例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）装置、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）装置、または低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）装置）、熱処理装置（例えば、アニールチャンバ）または環境露出時に反応し得る材料を基板上に形成または露出する他のチャンバを含む。幾つかの実施例では、キャップ層形成チャンバは、例えば、ケイ化コバルト、ケイ化チタン、窒化チタン、チタン/窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ケイ化タングステン、または金属含有層上に形成されてこの層を酸化から保護する他の材料、からなる層を形成可能である。
図３Ａ−図３Ｃは、酸化銅層の除去と銅製ビア上へのキャップ層の形成とを示した概略断面図である。図３Ａを参照すれば、低誘電率誘電体層２７３が基板２７０上に形成される。銅製ビア２７５が、筐体２００内に設けられていない銅電気めっき装置中の低誘電率誘電体層２７３内に形成される。次いで、図１との関連で説明したように、基板２７０を銅電気めっき装置から移動し、キャリヤ（図示せず）内に保管する。基板２７０は、このキャリヤ内のガスによって保護されないので、銅製ビア２７５が環境に晒された後にこの銅製ビア２７５上に酸化銅層２７１が形成される。酸化銅層２７１は銅製ビア２７５と、この上に形成された金属層（図示せず）と、の間の電気的接続に悪影響を及ぼすであろう。酸化銅層２７１を除去するために、基板２７０を運搬するキャリヤは接続部２８０に接続され、基板２７０は、図２に示すようにロボット２２０によって扉２０３を通して接続部２８０から筐体２００へ搬送される。次いで、基板２７０は、ロボット２２０によって、銅還元チャンバ等の、筐体２００内の処理チャンバ２１０の１つへ搬送される。この銅還元チャンバは、基板２７０上に形成された酸化銅層２７１で銅還元処理を実行し、これにより、酸化銅層２７１は図３Ｂのように除去される。それから、基板２７０は、ロボット２２０によって、この還元チャンバから、キャップ層形成チャンバ等の筐体２００内に設けられた別のチャンバ２１０へ搬送される。前記２つの処理チャンバ２１０の間の搬送の際に、基板２７０は上述のように筐体２００内のガスに晒される。この晒された銅製ビア２７５は、前記処理チャンバ２１０の間の搬送の際に筐体２００内のガスによって酸化から保護されている。次いで、キャップ層形成チャンバは、図３Ｃに示すように銅製ビア２７５上にケイ化コバルト層等のキャップ層２７７を形成する。このキャップ層２７７は、基板２７０が接続部２８０を通してクラスタチャンバ筐体２００からキャリヤへ搬送されるときに、銅製ビア２７５の上面を環境に晒されないように保護する。キャップ層２７７の形成の後、基板２７０は、ロボット２２０によってキャップ層形成チャンバから搬送される。この基板２７０は、次いで、接続部２８０へ搬送されて、接続部２８０に接続されたキャリヤ内に保管される。
幾つかの実施例では、金属還元チャンバを用いずに、筐体２００内に設けられた銅処理装置たるＣＭＰ装置によって、酸化銅層２７１を除去してもよい。酸化銅層２７１の除去の後、基板２７０は、上述のようにロボット２２０によってキャップ層２７７を形成するためのキャップ層形成チャンバへ搬送される。基板２７０の搬送が筐体２００内で行われるので、銅製ビア２７５は酸化から保護される。それから、キャップ層２７７は銅製ビア２７５上に形成され、この銅製ビア２７５を環境内で晒されないように保護する。
さらに他の実施例では、処理チャンバ２１０の１つが、例えば、筐体２００内に設けられた銅電気めっきチャンバまたは無電解めっきチャンバなどの金属めっきチャンバであってもよい。銅製ビア２７５は、銅めっきチャンバによって、環境に晒されることなく形成される。次いで、この基板２７０はロボット２２０によって銅めっきチャンバからキャップ層形成チャンバへ搬送される。基板２７０の搬送が筐体２００の中で実行されるために、銅製ビア２７５は酸化から保護される。次いで、キャップ層２７７が、上述のように前記銅製ビア２７５上に形成されて、銅製ビア２７５が筐体２００から除去されたときに周囲環境へ晒されないように銅製ビア２７５を保護する。
さらにまた別の幾つかの実施例では、筐体２００は、基板２７０上に形成された材料層の物理的特性や電気的特性を測定する測定装置をも含んでもよい。基板２７０の搬送が筐体２００の中で実行されるために、これらの材料層は酸化から保護される。従って、材料層の形成と材料層の物理的特性や電気的特性の測定は、材料層の酸化に対する懸念なく、筐体２００内で実行可能である。
図４Ａは、典型的なクラスタ処理装置の別の実施例の概略上面図である。図４Ｂは、線４Ｂ−４Ｂに沿って破断した典型的なクラスタ処理装置の概略断面図である。
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、２つの列の処理チャンバ２１０の間に領域２２７が確定され、遮蔽構造体つまり保護構造体２６０で筐体２００の残りの部分から密封されている。この遮蔽構造体２６０は、ガイド２２５上でロボット２２０の走行を可能にする当該領域２２７を密封する。ガイド２２５の形状は、例えば、直線トラック、平行線トラック、Ｕ字形トラック、Ｏ字形トラック、８字形トラック、サーペンタイン形トラック、または、処理チャンバ２１０の間または処理チャンバ２１０と接続部２８０との間でロボット２２０が基板２７０を適切に搬送できるように確定された他の形状であってもよい。幾つかの実施例では、ロボット２２０は、例えば、筐体２００または遮蔽構造体２６０内に設けられたロボットアームであってもよい。このロボットアームは、トラック無しに、処理チャンバ２１０の間または処理チャンバ２１０と接続部２８０との間で基板２７０を搬送するように動作可能である。
図４Ｂを参照すると、バルブ２３０と排気バルブ２４０と圧力計２５０とが遮蔽構造体２６０の中に設けられる。この実施例では、パイプラインつまり導管２３１，２４１がバルブ２３０と排気バルブ２４０とにそれぞれ接続される。パイプライン２３１は図２との関連で説明した混合体や還元ガスをバルブ２３０へ供給する。このパイプライン２４１は、排気バルブ２４０から前記の混合体や還元ガスを排気する。幾つかの実施例では、パイプライン２４１は、遮蔽構造体２６０内での圧力開放を制御する圧力制御装置（図示せず）に接続されている。バルブ２３０と、排気バルブ２４０と、圧力計２５０とを遮蔽構造体２６０内に配置する点については、図２との関連で上述した場合と同様であってもよい。
遮蔽構造体２６０の配設により、上述のように所望の圧力／ガスの条件下で維持された空間が縮小するので、製造コストや運転コストが低減可能となる。この遮蔽構造体２６０は、図４Ａ−図４Ｂに示された構成に限定されない。幾つかの実施例では、遮蔽構造体２６０は、図３Ａ−３Ｂに示された領域２２７だけでなく、処理チャンバ２１０をも保護してもよい。この領域２２７は、遮蔽構造体２６０と、ステージ２０１の２０１ａの上面と、によって取り囲まれている。例えば、遮蔽構造体２６０によって取り囲まれた空間は、領域２２７の空間よりも大きいが、筐体２００の空間よりも小さい。遮蔽構造体２６０は、処理チャンバ２１０の間または処理チャンバ２１０と接続部２８０との間でロボット２２０が基板２７０を適切に搬送しつつ筐体２００の残りの部分から領域２２７を密封するような方法で、領域２２７を保護するだけで十分である。
図５Ａ−図５Ｅは、二重ダマシン構造の形成を示す概略断面図である。
図５Ａを参照すると、基板５００上に誘電体層５１０が形成される。この誘電体層５１０内に導電層５２０が形成される。ビアとトレンチとを含んだ開口部５４０が付いた誘電体層５３０が、導電層５２０の上面を部分的に晒すように誘電体層５１０上に形成される。誘電体層５１０と基板５００とは、上述の誘電体層２７３と基板２７０とに類似している。導電層５２０は、例えば、銅層、アルミニウム銅層、アルミニウム層、または、空気に晒された場合に酸化の影響を受ける他の導電層であってもよい。誘電体層５３０は、例えば、酸化層、窒化物層、酸窒化物層、低誘電率誘電体層、超低誘電率（ＥＬＫ）誘電体層、または、異なった導電層を絶縁できる他の誘電体層であってもよい。
次いで、図５Ｂに示すように誘電体層５３０と開口部５４０との上にほぼ共形となるように、バリア層５５０が形成される。バリア層５５０は、例えば、タンタル（Ｔａ）層、窒化タンタル（ＴａＮ）層、チタン（Ｔｉ）層、窒化チタン（ＴｉＮ）層または他の材料からなる層であってもよい。バリア層５５０は、例えば、ＰＶＤ装置やＣＶＤ装置によって形成可能である。
ほぼ共形のシード層５６０が、次いで、図５Ｃのようにバリア層５５０の上に形成される。このシード層５６０は、さらにこのシード層の上に銅層等の金属含有層を形成する次の化学めっき処理のために形成された層である。このシード層５６０は、例えば、ＰＶＤ装置によって形成された薄い銅層であってもよい。
銅等の材料からなる層５７０は、図５Ｄに示すように、シード層５６０の上に形成される。この材料層５７０は、例えば、電解めっき装置や無電解めっき装置によって形成されてもよい。
バリア層５５０ａ、シード層５６０ａ、および材料層５７０ａを含んだ、二重ダマシン構造を形成するために、バリア層５５０、シード層５６０、および材料層５７０が部分的に除去される。バリア層５５０、シード層５６０、および材料層５７０の部分の除去処理は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理やエッチング処理であってもよい。
従来の処理では、図５Ａに示された開口部５４０の形成後、基板５００は、バリア層５５０（図５Ｂに図示）を堆積するために、エッチング装置からＰＶＤ装置に搬送される。エッチング装置とＰＶＤ装置との間で搬送する際に、導電層５２０の上面が環境に晒されて、この上面に酸化物が生じる。従って、この導電層５２０の上面に形成された酸化物を除去するために、前洗浄処理が用いられる。さらに、低誘電率誘電体層等の誘電体層５３０が環境に晒されるために、この誘電体層５３０は環境内の湿気を吸収する。従って、従来の処理では、図５Ａに示された構造体は、バリア層５５０を堆積する前に誘電体層５３０から湿気を除去するようにガス抜き処理されなければならない。上述の筐体２００を用いることによって、図５Ａと図５Ｂとに記載された処理の双方を、図２、図４Ａ、および図４Ｂとの関連で説明したように筐体２００内で実行できる。筐体２００は、還元ガスまたは、還元ガスと窒素もしくは不活性ガスとの混合体、を含んでいるので、導電層５２０の上面と誘電体層５３０とは環境に晒されることはない。従って、前洗浄処理とガス抜き処理を省くことが可能となる。
さらに、従来の処理では、シード層５６０（図５Ｃに図示）の形成後から材料層（図５Ｄに示す導電層５７０を形成するように設けられた）の形成前に、「Ｑ時間」目標値が用いられる。この「Ｑ時間」目標値は、シード層５６０の上面に過度の望ましくない酸化が生じないように、約４時間〜約６時間とされている。しかしながら、この筐体２００の使用により、「Ｑ時間」目標値を節約でき、図５Ａ−図５Ｄに示す処理フローを緩和することができる。
また、バリア層５５０、シード層５６０、および材料層５７０の部分を除去した後に、基板５００は、例えば、ＣＭＰチャンバからＣＶＤチャンバに搬送されて、二重ダマシン構造の上に誘電体層を形成する。従来の処理では、導電層５７０ａの上面と誘電体層５３０の上面とは、基板５００の搬送中に環境に晒されてしまう。この導電層５７０ａの上面に形成している酸化物を除去しつつ、誘電体層５３０から湿気を除去するように、別途、前洗浄処理とガス抜き処理とがそれぞれ用いられる。上述したように、ＣＭＰ処理と次のＣＶＤ処理とは筐体２００の中で実行可能となる。従って、基板５００は、環境に晒されることなく筐体２００中で搬送可能となる。従って、前記の前洗浄処理やガス抜き処理とを省くことができる。
上述したように、前洗浄処理、ガス抜き処理、および／または従来処理での「Ｑ時間」目標値を除去することにより、集積回路の形成にかかる処理時間を削減でき、処理フローに自由度を増すことができる。加えて、前洗浄処理、ガス抜き処理、および／または「Ｑ時間」目標値が使用されないので、前洗浄処理またはガス抜き処理のための装置やチャンバ、および／または「Ｑ時間」目標値の下で基板を保管するための保管装置を省略することができる。これら多くの装置を削減することにより、工場のスペースを著しく（例えば三分の一程度にまで）削減できる。
幾つかの実施例では、筐体２００はキャリヤや設備接続部と協働可能であり、これらのキャリヤや設備接続部は、例えば、２００６年５月１７日に出願された同一出願人による同時係属中の米国仮特許出願第６０／７４７，４４５号に記載されている。このキャリヤと、この設備接続部と、筐体２００との組み合わせにより、上述したような所望の結果と、クラスタ処理チャンバと、をより効果的に得ることができる。
実施例との関係で本発明を説明してきたが、本発明はこれらに限定されない。もしろ、添付の請求項は、本発明の範囲やその均等の範囲から逸脱することなく当業者が想到し得る本発明の改良や態様を含むものであると広く解釈されるべきものである。
２００ 筐体
２０３ 扉
２１０ 処理チャンバ、つまり（金属処理あるいはキャップ層形成）チャンバ、（銅処理あるいはキャップ層形成）装置
２２０ ロボット
２２７ 領域
２３０ バルブ（第１バルブ）
２４０ 排気バルブ（第２バルブ）
２５０ 圧力計
２６０ 遮蔽構造体つまり保護構造体
２７０ 基板
２０３ 扉
２１０ 処理チャンバ、つまり（金属処理あるいはキャップ層形成）チャンバ、（銅処理あるいはキャップ層形成）装置
２２０ ロボット
２２７ 領域
２３０ バルブ（第１バルブ）
２４０ 排気バルブ（第２バルブ）
２５０ 圧力計
２６０ 遮蔽構造体つまり保護構造体
２７０ 基板
Claims (12)
- 筐体と、
前記筐体内に設けられた少なくとも１つの処理チャンバと、
前記筐体内に設けられたロボットと、
前記筐体に接続された少なくとも１つのバルブと、
を備え、
前記筐体は、当該筐体内にガスを含むとともに、当該筐体の開口部に蓋をするように構成された少なくとも１つの扉を備え、
前記筐体内のガスは、還元ガスと無反応ガスと不活性ガスとの少なくとも１つを含み、
前記バルブから噴射されるガスの分子量が前記筐体内のガスの分子量よりも大きい場合には前記バルブは前記筐体の上端領域近傍に設けられ、前記バルブから噴射されるガスの分子量が前記筐体内のガスの分子量よりも小さい場合には前記バルブは前記筐体の下端領域近傍に設けられ、
前記ロボットは、前記扉と前記処理チャンバとの間で基板を搬送するように構成されていることを特徴とするクラスタ処理装置。 - 前記処理チャンバは、少なくとも１つの金属処理用チャンバと、キャップ層形成チャンバと、を備えることを特徴とする請求項１記載のクラスタ処理装置。
- 前記金属処理用チャンバは、ウェットクリーンベンチ、金属還元ウェットベンチ、金属還元ドライチャンバ、金属めっき槽、ドライエッチチャンバ、金属研磨装置、および低誘電率誘電体堆積チャンバの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２記載のクラスタ処理装置。
- 前記キャップ層形成チャンバは、ケイ化コバルト、ケイ化タングステン、ケイ化チタン、窒化チタン、チタンと窒化チタンを積層したもの、タンタル、または窒化タンタル、からなる層を形成することを特徴とする請求項２記載のクラスタ処理装置。
- 前記少なくとも１つのバルブは、第１バルブと第２バルブとを備え、
前記第１バルブは、前記筐体内の圧力が第１の所定圧力レベル未満である場合には、前記筐体内にガスを噴射するように作動可能であり、かつ、
前記第２バルブは、前記筐体内の圧力が第２の所定圧力レベルを超えている場合には、前記筐体からガスを排気するように作動可能であることを特徴とする請求項１記載のクラスタ処理装置。 - 前記第１の所定圧力が１ａｔｍであり、前記第２の所定圧力が２．５ａｔｍであることを特徴とする請求項５記載のクラスタ処理装置。
- 前記筐体内のガスは、水素（Ｈ２）とアンモニア（ＮＨ３）との少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載のクラスタ処理装置。
- 前記筐体内の圧力は前記筐体周囲の環境圧力よりも高いことを特徴とする請求項１記載のクラスタ処理装置。
- 前記扉と前記処理チャンバとの間を前記ロボットが移動する経路を取り囲んだ遮蔽構造体をさらに備え、
前記バルブが当該遮蔽構造体の壁に設けられ、かつ、前記ガスが当該遮蔽構造体によって取り囲まれた領域内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のクラスタ処理装置。 - 筐体と、
前記筐体内に設けられた、少なくとも１つの金属処理チャンバおよび少なくとも１つのキャップ層形成チャンバと、
前記筐体内に設けられたロボットと、
前記筐体内に設けられた、第１バルブおよび第２バルブと、
前記第１バルブと前記第２バルブとに接続された、少なくとも１つの圧力計と、
を備え、
前記筐体は、前記筐体内にガスを含むとともに、前記筐体の開口部に蓋をするように構成された少なくとも１つの扉を備え、
前記ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、水素、およびアンモニア、の少なくとも１つを含み、
前記第１バルブから噴射されるガスの分子量が前記筐体内のガスの分子量よりも大きい場合には前記第１バルブは前記筐体の上端領域近傍に設けられ、前記第１バルブから噴射されるガスの分子量が前記筐体内のガスの分子量よりも小さい場合には前記第１バルブは前記筐体の下端領域近傍に設けられ、
前記筐体のある領域が、前記筐体周囲の環境圧力よりも高圧であり、
前記ロボットは、前記扉から前記処理チャンバまで、および、前記チャンバの間で、基板を搬送するように構成され、或いは、前記扉から前記処理チャンバまで、または、前記チャンバの間で、基板を搬送するように構成され、
前記第１バルブは、前記筐体内の圧力が１ａｔｍ未満である場合には、前記筐体内にガスを噴射するように作動可能であり、かつ、
前記第２バルブは、前記筐体内の圧力がある所定圧力レベルを超えている場合には、前記筐体からガスを排気するように作動可能であることを特徴とするクラスタ処理装置。 - 前記処理チャンバの間で前記ロボットが移動する経路を覆うように、前記ガスを有した前記筐体の領域を取り囲んだ遮蔽構造体をさらに備え、
前記バルブが当該遮蔽構造体の壁に設けられていることを特徴とする請求項１０記載のクラスタ処理装置。 - 筐体と、
前記筐体内に設けられた、少なくとも１つの銅処理装置および少なくとも１つのキャップ層形成装置と、
前記筐体内に設けられたロボットと、
前記筐体内に設けられた、第１バルブおよび第２バルブと、
前記第１バルブと前記第２バルブとに接続された圧力計と、
を備え、
前記筐体は、前記筐体内にガスを含むとともに、前記筐体の開口部に蓋をするように構成された少なくとも１つの扉を備え、
前記ガスは、単位容積当り１０ｐｐｍ〜４％の水素または１０ｐｐｍ〜１５．５％のアンモニアと、不活性ガスまたは窒素と、を含み、
前記第１バルブから噴射されるガスの分子量が前記筐体内のガスの分子量よりも大きい場合には前記第１バルブは前記筐体の上端領域近傍に設けられ、前記第１バルブから噴射されるガスの分子量が前記筐体内のガスの分子量よりも小さい場合には前記第１バルブは前記筐体の下端領域近傍に設けられ、
前記筐体内の圧力は、前記筐体周囲の環境圧力よりも高く、
前記ロボットは、前記扉から前記銅処理装置まで、および、前記キャップ層形成装置と前記銅処理装置との間で、基板を搬送するように構成され、或いは、前記扉から前記銅処理装置まで、または、前記キャップ層形成装置と前記銅処理装置との間で、基板を搬送するように構成され、
前記第１バルブは、前記筐体内の圧力が１ａｔｍ未満であるときには、前記筐体内に前記ガスを噴射するように作動可能であり、かつ、
前記第２バルブは、前記筐体内の圧力が２．５ａｔｍを超えているときには、前記筐体から水素を排気するように作動可能であることを特徴とするクラスタ処理装置。
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