JP5184644B2 - 湿式エッジ洗浄を強化するためのベベルプラズマ処理 - Google Patents

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Description

本発明は、一般には基板製造技術に関し、特に、プラズマ暴露を用いて、ベベルエッジの薄膜(銅など)を液体に溶けやすい物質に変換するための装置および方法に関する。ベベルエッジで変換されたフィルムは、次いで、高いエッチング選択比を有する湿式エッチング剤によって除去される。
基板、例えば、半導体基板(または、ウエハ)、または、平板ディスプレイの製造に用いられるようなガラスパネルなどの処理では、しばしば、プラズマが利用される。基板処理中、基板(またはウエハ)は、複数のダイすなわち長方形の領域に分割される。複数のダイの各々が集積回路になる。基板は、次いで、材料が選択的に除去(すなわちエッチング)および蒸着される一連の工程で処理される。
銅は、アルミニウムよりも、抵抗率が低く、エレクトロマイグレーションおよびストレスボイド耐性が良好であるため、多くの集積回路製造業者にとって、デバイスの相互接続に最適な導電体になっている。銅配線構造を形成する一方法は、電気メッキ処理を用いる。典型的な銅電気メッキ処理では、タンタル(Ta)および/または窒化タンタル(TaN)のバリア層が、基板上に最初に蒸着される。次に、銅シード層がバリア層の上に形成される。銅シード層は、化学蒸着(CVD)および物理蒸着(PVD)を含むさまざまな技術によって蒸着することができる。次いで、基板は、銅シード層上に銅層(ギャップ充填層とも呼ぶ)を堆積させるために、電解質メッキ溶液の槽の中に配置される。
メッキが完了した後、基板は、通例、基板上の任意の過剰すなわち残留メッキ溶液を除去および中和するために脱イオン水を含む溶液が供給されるリンスステーションに搬送される。メッキ処理中に、基板のベベルエッジおよび/または背面で望ましくない銅メッキが生じる場合があり、それは、微粒子の供給源となる。基板の背面上の望ましくない銅メッキの除去は、比較的容易である。しかし、ベベルエッジ上の望ましくない銅メッキの除去は、より困難である。
上記に鑑みて、処理歩留まりの向上のため、ベベルエッジ上の望ましくない堆積物を除去する改良されたメカニズムを提供する装置および方法が求められている。
概して、実施形態は、処理歩留まりを改善するために、ベベルエッジ上の望ましくない堆積物を除去するための改良されたメカニズムを提供することにより、上記の要求を満たす。上述の実施形態は、ベベルエッジの銅を、銅に比べて高いエッチング選択比で流体によって湿式エッチングできる銅化合物に変換するために、銅メッキ基板のベベルエッジを処理する装置および方法を提供する。あるいは、銅化合物は、専用ベベルエッジプラズマエッチングチャンバでエッチングできる。銅化合物の湿式エッチングまたは乾式エッチングのいずれかにより、湿式エッチング処理チャンバまたは専用乾式エッチングプラズマチャンバにおいて、不揮発性の銅を除去することが可能になる。ベベルエッジでのプラズマ処理は、正確な空間制御で、基板のエッジ面(エッジ自体、very edge)から約2mm以下(例えば、約1mm、約0.5mm、または、約0.25mm)の範囲まで、ベベルエッジの銅を除去することを可能にする。さらに、ベベルエッジの銅を除去する上述の装置および方法では、デバイス領域に銅エッチング流体が飛び散って銅薄膜の欠陥および薄化を引き起こす問題が起こらない。したがって、デバイスの歩留まりを大幅に改善することができる。
本発明は、処理、装置、またはシステムなど、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
一実施形態では、基板のベベルエッジ上の銅薄膜を処理して、銅薄膜を、湿式エッチングによって除去される銅化合物に変換する方法が提供されている。その方法は、プラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置する工程を備える。方法は、さらに、基板支持体から離間して配置されたガス分配プレートに組み込まれたガス供給部を通して処理ガスを流す工程を備える。方法は、さらに、基板のベベルエッジ付近で処理プラズマを生成して、基板のベベルエッジ上の銅薄膜を銅化合物に変換する工程を備える。生成された処理プラズマは、基板のエッジ面から約2mm未満の範囲にある銅薄膜を銅化合物に変換する。さらに、その方法は、湿式エッチング流体を含む湿式エッチング装置内に基板を配置して、ベベルエッジ上の銅化合物を除去する工程を備える。
別の実施形態では、基板のベベルエッジ上の銅薄膜を処理して、銅薄膜を、湿式エッチングによって除去される銅化合物に変換する方法が提供されている。その方法は、基板の背面上の銅薄膜を除去する工程と、基板の背面上の銅薄膜を除去した後、プラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置する工程と、を備える。方法は、さらに、基板支持体から離間して配置されたガス分配プレートに組み込まれたガス供給部を通して処理ガスを流す工程を備える。方法は、さらに、基板のベベルエッジ付近で処理プラズマを生成して、基板のベベルエッジ上の銅薄膜を銅化合物に変換する工程を備える。生成された処理プラズマは、基板のエッジ面から約2mm未満の範囲にある銅薄膜を銅化合物に変換する。さらに、その方法は、湿式エッチング流体を含む湿式エッチング装置内に基板を配置して、ベベルエッジ上の銅化合物を除去する工程を備える。ベベルエッジ上の銅化合物が湿式エッチング流体によってベベルエッジからエッチングされる際の銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、約20:1より大きい。
本発明のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明から、本発明を容易に理解することができる。なお、同じ符号は、同じ構造要素を示している。
本発明の一実施形態に従って、銅メッキされた基板を示す断面図。
本発明の一実施形態に従って、基板背面およびベベルエッジから望ましくない銅を除去するための装置を示す図。
本発明の一実施形態に従って、銅エッチング流体が基板背面から拡散してベベルエッジと基板前面の一部とを覆った後の銅メッキ基板の一部を示す断面図。
本発明の一実施形態に従って、背面およびベベルエッジ上の望ましくない銅を除去する処理工程後の銅メッキ基板を示す図。
本発明の一実施形態に従って、ベベルエッジ付近がプラズマに暴露されている銅メッキ基板を示す断面図。
本発明の一実施形態に従って、ベベルエッジの銅化合物を除去するための湿式エッチングを受けた後の銅メッキ基板を示す図。
本発明の一実施形態に従って、ベベルエッジプラズマを生成するよう構成されたプラズマシステムを示す断面図。
本発明の一実施形態に従って、図3のベベルエッジを含む領域Bを示す拡大断面図。
本発明の一実施形態に従って、ベベルエッジの銅を除去する処理を示すフローチャート。
本発明の別の実施形態に従って、ベベルエッジの銅を除去する処理を示すフローチャート。
処理歩留まりの向上のため、ウエハのベベルエッジ上の望ましくない堆積物を除去する改良されたメカニズムのいくつかの代表的な実施形態を提供する。当業者にとって明らかなように、本発明は、本明細書で説明する具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施可能である。
図1Aは、本発明の一実施形態に従って、前面110、背面120、および、前面と背面の間のエッジ面(very edge)130を有する基板本体100を有する銅メッキされた基板105の断面図を示す。基板本体100は、他の薄膜およびフィーチャ(構成)を備えていないウエハであってよい。基板本体100は、前処理で形成された様々な薄膜およびフィーチャを有していてもよい。図1Aの基板105は、逆さまの状態であり、基板の前面110が下を向いている。図1Aにおいて、基板前面110およびエッジ面130を覆うタンタル(Ta)および/または窒化タンタル(TaN)などの、バリア層101が存在する。一実施形態において、Ta、TaN、または、Ta/TaNのバリア層の厚さは、150Å未満である。バリア層101は、基板前面、ベベルエッジ、および、時に基板背面の一部を覆う。
バリア層101上には、銅メッキ中に核形成部位を開始するために必要な銅シード層が存在する。銅シード層102は、化学蒸着(CVD)または物理蒸着(PVD)によって蒸着することができる。図1Aの実施形態に示した銅シード層102は、PVDによって蒸着され、基板の前面、ベベルエッジ、および、時に基板の背面を覆う。一実施形態において、銅シード層の厚さは、2000Å未満であってよく、1000Å未満であることが好ましい。銅シード層102上には、電解メッキ(ECP)などのメッキ処理によって堆積された銅層103が存在する。銅層の厚さは、約500Åないし約8000Åの間である。
銅層103は、メッキ処理中に、シード層102上に形成される。銅層103は、銅シード層102によって覆われた基板の部分の上に主に形成される。銅層103が形成された後には、基板のエッジ面130を覆う銅表面131と、基板100の前面を覆う銅表面111が存在する。
メッキ処理中に、基板のエッジおよび/または背面で望ましくない銅メッキが生じる場合がある。かかる望ましくないメッキの程度は、部分的にはシード層の形成に依存して決まる。さらに、一部の銅メッキ処理では、シード層蒸着中にシャドウマスクまたは同様の技術を用いて、基板周囲の最外部(例えば、外側の2mm)への蒸着を排除する。図1Aに示した例では、シード層の蒸着中にシャドウマスクを用いていない。
一実施形態において、銅メッキの過剰な形成(図では、エッジビード150)が、層103のエッジに形成される。エッジビード150は、シード層102のエッジで局所的に電流密度が高くなることによって生じる場合があり、通例は、エッジ面130から2〜5mm以内に形成される。エッジビード150によって厚さが増すと、基板105の表面がエッジビードによって平坦でなくなるため、望ましくない。さらに、エッジビード150は、その後の処理中に脱落して、微粒子の問題を引き起こす場合がある。層101、102、および、103は、複合層104を形成する。
ベベルエッジおよび基板背面に堆積した銅は望ましくない。ベベルエッジおよび基板背面の端部には、デバイスを形成することができない。これらの領域に堆積した銅薄膜は、その後の処理中に、微粒子の問題を引き起こしうる。さらに、これらの領域に堆積した銅は、基板の処理に用いられる処理チャンバを汚染しうる。銅で汚染された処理チャンバ内の銅は、銅で汚染された処理チャンバ内で処理される他の基板上に蒸着または落下する場合があり、デバイス領域に拡散してデバイスを動作不能にしうる。
さらに、銅は、不揮発性金属であり、乾式エッチング処理によって除去することができない。ベベルエッジおよび基板背面における望ましくない銅がプラズマ処理中にエッチングされると、その銅は処理チャンバ内にとどまることになる。銅堆積物を除去するには、例えば手動で、湿式洗浄するためにチャンバを停止する必要がある。湿式洗浄のために連続的な処理を中断させることは、製造スループットに重大な影響を与えうる。したがって、次のプラズマ処理の前に、ベベルエッジおよび基板背面における望ましくない銅を除去することが重要である。
基板105を銅層103でメッキした後、基板105は、1または複数の処理チャンバで、メッキ工程で残った銅電解質溶液を中和および除去する処理工程を受ける。銅電解質溶液が基板105から除去された後、背面洗浄処理が実行され、基板105の背面120およびエッジ面130上に堆積された銅薄膜を除去する。
図1Bは、本発明の一実施形態に従って、基板背面およびベベルエッジから望ましくない銅を除去するための装置115を示す図である。基板105は、基板ホルダ(図示せず)によって下向きの状態で水平に保持される。基板が回転された状態で、窒素分子(N2)、ヘリウム(He)、または、アルゴン(Ar)などの不活性ガス流が、流体流路160を通して基板105の前面に導入される。流体流路160は、基板105の前面に供給される不活性ガスを収容するガスタンク165に接続されている。銅エッチング流体が、ディスペンサ170から基板105の背面120に導入される。ディスペンサ170は、銅エッチング流体を収容するタンク172に接続された液体流路171に結合されている。一実施形態では、銅エッチング流体は、硫酸である。別の実施形態では、銅エッチング流体は、硫酸および過酸化水素の混合物である。他の実施形態では、硝酸、クエン酸、または、同様の洗浄流体が用いられてもよい。
銅エッチング流体は、基板105の背面120全体に拡散し、ベベルエッジおよび基板105の前面111の一部の上の銅表面131を覆う。図1Bに示すように、拡散した洗浄流体は、基板背面120、ベベルエッジ上の銅表面131、および、基板前面の一部の上の銅表面111において、薄膜180を形成する。図1Cは、本発明の一実施形態に従って、銅エッチング流体が基板背面120から拡散してベベルエッジと基板前面の一部とを覆った後の銅メッキ基板105の一部を示す断面図である。銅エッチング流体の前縁部から基板本体100のエッジ面までの距離を、距離「A」とする銅エッチング流体の前縁部は、不活性ガス流161によって、基板前面111における位置「E」にとどまる。
上述の処理は、不活性ガス流を用いて、ベベルエッジから特定の距離(距離Aなど)において銅洗浄流体を防ぐ。高度な技術にとっては、基板表面上の利用可能な領域をウエハのエッジ面まで拡げることが望ましい。通例、利用可能な領域をベベルエッジから約2mm(例えば、「A」〜2mm)の位置まで拡張することが目標となり、ベベルエッジから約1mmの位置まで拡張することが好ましい。将来の技術では、利用可能な領域は、ベベルエッジから約0.5mmあるいは0.5mm未満にまで拡張される可能性がある。
しかしながら、上述の基板背面およびベベルエッジから望ましくない銅を除去する方法および装置の空間制御は、一貫性と精度がそれほど高くない。距離「A」を一貫して約2mmに維持するのは困難である。また、銅エッチング流体は、ベベルエッジの銅を完全に除去しないこともある。さらに、銅エッチング流体は、しばしば、前面111の他の部分に飛び散って、主要なデバイス領域に欠陥、スポット(染み)、および、銅の厚さのばらつきを引き起こす。
図1Dは、本発明の一実施形態に従って、背面およびベベルエッジ上の望ましくない銅を除去する処理工程後の基板105を示す図である。図1Dに示すように、いくつかの銅の島140が、ベベルエッジ上に突出している。距離「A」は、基板ごとに異なる。さらに、銅エッチング流体が飛び散って、一部の領域(領域aおよびbなど)で銅の厚さが薄くなっている。
利用可能な領域を基板エッジから1mm未満の位置まで拡張する高度な技術にとっては、上述の処理は、約±0.1mm以下の正確な制御で基板エッジから1mm以下の位置まで利用可能な領域を拡げるのに十分な精度を持っていない。
図2Aは、本発明の一実施形態に従って、ベベルエッジ付近がプラズマ190に暴露されている基板105の断面図を示す。基板105は、例えば、図1Bで上述した処理を用いて、背面の銅を除去するために湿式エッチングを受けた後である。しかしながら、銅を除去するための湿式エッチングは、主に基板背面上の銅を除去する。ベベルエッジ上の銅は、除去の対象ではない。したがって、銅は、図2Aに示したように、ベベルエッジの側面および基板の上面だけに存在する。基板105は、前面を上に向けて、プラズマチャンバ200内の基板支持体210上に配置されている。基板105の上面111の中央部分は、プラズマ遮蔽220で覆われている。露出されたベベルエッジは、エッジ面130から距離「B」までの部分である。エッジ面130で銅表面131は、プラズマ190に暴露され、プラズマ190によって、CuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物に変換される。E、X、Y、C、および、Dは数字である。Cuに対する銅化合物のエッチング選択比が高いエッチング液(クエン酸アンモニウムを含む液体など)によって、銅化合物を湿式エッチングすることができる。エッチング液の他の例としては、HF、HCl、および、クエン酸などがある。
距離「B」は、統合処理が実現しようとするエッジ除外である。例えば、統合処理が1mmのエッジ除外条件を有する場合、距離「B」は、約1mmである。距離「B」は、機械的なハードウエアによって制御されるため、繰り返し可能であり、一定であることが可能である。
図2Bは、本発明の一実施形態に従って、CuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物を除去するための湿式エッチングを受けた後の基板105を示す。CuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物に変換されていない基板の前面上の銅薄膜だけが、基板上に残っている。ベベルエッジ上の変換されたCuOE、CuOXY、または、CuOCClDの薄膜は、湿式エッチング剤によってエッチングされている。クエン酸アンモニウムなどのエッチング流体は、銅に対する銅化合物の選択比が高いことから、エッチングされていない島を残すことなく、すべての銅化合物を除去するのに十分な期間、基板表面をエッチング流体に接触させることができる。一実施形態において、湿式エッチングの選択比は、約20よりも大きく、約20の選択比とは、銅の湿式エッチング速度に対する材料の湿式エッチング速度の比が、約20であることを意味する。別の実施形態において、湿式エッチングの選択比は、約50ないし約100の間である。
プラズマを用いて、ベベルエッジの銅薄膜を銅化合物(CuOE、CuOXY、または、CuOCClDなど)に変換することによって、空間制御が大きく改善される。約1mm(または、1mm未満)までの空間制御が可能になる。また、エッチングされない島の問題がなくなる。さらに、前の工程での銅の除去が主に基板背面に対して行われるため、銅エッチング流体が、基板前面に飛び散り、デバイス領域の銅の欠陥および薄化を引き起こす可能性がかなり低くなる。
図2Bに示したように、バリア層101は基板105上に残される。バリア層101は、プラズマチャンバ内で湿式エッチングまたはエッチングできる。バリア層101は、通例、揮発性の材料(Taおよび/またはTaNなど)で形成されるため、プラズマチャンバ内で乾式エッチング可能である。
図3は、基板のベベルエッジ付近でプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理チャンバ300の一実施形態を示す。チャンバ300は、上面に基板350を載置した基板支持体340を有する。一実施形態において、基板支持体340は、RF(高周波)電源(図示せず)によって電力供給される静電チャックである。別の実施形態では、基板支持体340は、通常の電極である。基板支持体340は、DC(直流)またはRFバイアスされてよい。基板支持体340に対向して、中央ガス供給部361を備えたガス分配プレート360が設けられている。また、ガス分配プレート360は、基板350のベベルエッジにガスを供給するエッジガス供給部363を有する。基板支持体は、さらに、RF電力供給、バイアス、または、接地されてよい。基板350のエッチング中、チャンバ300は、容量結合エッチングプラズマまたは誘導結合エッチングプラズマを生成するためにRF電力を供給されてよい。基板350は、図3の領域Bおよび図3Aの拡大された領域Bに示すように、基板のエッジの上面および下面を含むベベルエッジ317を有する。図3Aにおいて、ベベルエッジ317は、太い直線および曲線で強調されている。
基板支持体340のエッジを囲んで、アルミニウム(Al)などの導電材料から形成された下側エッジ電極320が設けられている。基板支持体340および下側エッジ電極320の間には、基板支持体340および下側エッジ電極320を電気的に分離する下側誘電体リング321が設けられている。一実施形態では、基板350は、下側エッジ電極320と接触していない。下側エッジ電極320の外側には、別の下側絶縁リング325が設けられており、基板350側の下側エッジ電極320の表面を拡張している。
ガス分配プレート360を囲んで、アルミニウム(Al)などの導電材料から形成された上側エッジ電極310が設けられている。上側エッジ電極310は、上側誘電体リング311によってガス分配プレート360から電気的に絶縁される。上側エッジ電極310の外側には、上側絶縁リング315が設けられており、基板350側の上側エッジ電極310の表面を拡張している。
一実施形態において、下側エッジ電極320はRF電源323に接続され、上側エッジ電極310は接地される。基板のベベルエッジの処理中に、RF電源323は、処理プラズマを生成するために、約2MHzないし約60MHzの間の周波数、かつ、約100ワットないし約2000ワットの間の電力で、RF電力を供給する。ベベルエッジ処理中、基板支持体340およびガス分配プレート360は、電気的に浮遊するよう維持される。別の実施形態において、下側電極340は、RF電源324に接続される。基板のベベルエッジの処理中に、RF電源324は、処理プラズマを生成するために、約2MHzないし約60MHzの間の周波数、かつ、約100ワットないし約2000ワットの間の電力で、RF電力を供給する。ベベルエッジ処理中、ガス分配プレート360は、電気的に浮遊するよう維持され、下側エッジ電極320および上側エッジ電極310は両方とも接地される。
上述のハードウエア構成の2つの実施形態は、例示に過ぎないため、他の構成のベベルエッジリアクタを用いてもよい。他のタイプのベベルエッジリアクタの詳細については、2007年6月5日出願の米国特許出願第11/758,576号(代理人整理番号LAM2P589)「Edge Electrodes with Variable Power」、2007年6月5日出願の米国特許出願第11/758,584号(代理人整理番号LAM2P592)「Edge Electrodes with Dielectric Covers」、2006年5月24日出願の米国特許出願第11/440,561号(代理人整理番号LAM2P560)「Apparatus and Methods to Remove Films on Bevel Edge and Backside of Wafer」、2006年2月15日出願の米国特許出願第11/355,458号(代理人整理番号LAM2P537)「Plasma Processing Reactor with Multiple Capacitive and Inductive Power Sources」、2006年2月27日出願の米国特許出願第11/363,703号(代理人整理番号LAM2P538)「Integrated Capacitive and Inductive Power Sources for a Plasma Etching Chamber」を参照のこと。ここに挙げた関連特許出願の各々の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
処理プラズマは、上側誘電体リング311、上側エッジ電極310、上側絶縁リング315、下側誘電体リング312、下側エッジ電極320、および、下側絶縁リングによって閉じ込められるよう構成される。1または複数の処理ガスが、ガス供給部361を通して供給される。一実施形態において、ガス供給部は、ガス分配プレート360の中央付近に配置される。あるいは、1または複数の処理ガスは、処理チャンバ300の他の部分に配置されたガス供給部を通して供給されてもよく、例えば、基板350のベベルエッジ付近に配置されたエッジガス供給部363を通してチャンバ300の縁部で供給されてもよい。
一実施形態において、上側エッジ電極310および下側エッジ電極320の間の間隔DEEは、1.5cm未満であり、それによって、プラズマの閉じ込めが保証される。1.5cm未満のDEEによれば、幅(DW)と基板エッジ付近の開口部のギャップ(DEE)との間の比を4:1未満にすることが可能であり、それにより、プラズマの閉じ込めが保証される。DWは、基板エッジ付近の開口部の幅である。一実施形態において、DWは、下側絶縁リング325の幅または上側絶縁リング315の幅である。チャンバ圧力は、ベベルエッジの処理中、約20mTorrないし約100Torrの間、より好ましくは約100mTorrないし約2Torrの間に維持される。ガス分配プレート360および基板350の間の間隔DSは、ベベルエッジの処理中に、ガス分配プレート360および基板350の間にプラズマが形成されないように、0.6mm未満である。
図3に示したプラズマチャンバ300の実施形態は、例示に過ぎない。ベベルエッジ処理のためのプラズマチャンバの他の実施形態も可能である。別の実施形態では、容量結合処理プラズマを生成するために、RF電源が上側エッジ電極310に接続され、下側エッジ電極320が接地されてもよい。あるいは、上側エッジ電極310または下側エッジ電極320のいずれかを、誘電材料に埋め込まれた誘導コイルで置き換えてもよい。この実施形態では、誘導コイルがRF電源に接続され、反対側のエッジ電極が接地される。RF電源は、ベベルエッジ317を処理するための誘導結合エッチングプラズマを生成するよう、電力を供給する。プラズマチャンバのさらなる説明については、2006年5月24日出願の米国特許出願第11/3440,561号「Apparatus and Methods to Remove Films on the Bevel Edge and Backside of Wafer」を参照のこと。ここに挙げた関連特許出願の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
基板エッジ付近かつ上側エッジ電極310および下側エッジ電極320の間で生成されたプラズマは、ベベルエッジにおいて露出した銅を処理し、ベベルエッジの銅薄膜をCuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどに変換する。一実施形態において、処理プラズマガス源は、O2、CO2、および、N2Oなどの酸素含有ガスを含む。酸素含有ガスは、銅薄膜をCuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの酸素含有化合物に変換する助けとなる。処理ガス源は、フッ素含有ガス(NF3、SF6、C26、または、CF4など)、または、塩素含有ガス(Cl2またはHClなど)を含んでもよい。フッ素含有ガスは、銅薄膜をCuOXYなどのフッ素含有化合物に変換する助けとなる。塩素含有ガスは、銅薄膜をCuOCClDなどの塩素含有化合物に変換する助けとなる。一実施形態において、処理ガスは、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、および、ラドン(Ra)などの不活性ガスによって希釈される。
酸素含有ガスだけを含む処理プラズマについては、処理温度は、200℃を超える温度である。チャンバ圧力は、ベベルエッジの処理中、約20mTorrないし約100Torrの間、より好ましくは約100mTorrないし約2Torrの間に維持される。酸素含有ガスと、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスのいずれかとを含む処理プラズマについては、処理温度は、約10℃ないし約50℃の間であり、約15℃ないし約35℃の間であることが好ましい。1または複数のプラズマガスは、中央ガス供給部361またはエッジガス供給部363を通して、もしくは、両方のガス供給部を通して、供給することができる。
図2Aについて上述したように、基板は、プラズマ処理のためにプラズマチャンバ300に送られる前に、背面の銅を除去するために最初の背面湿式エッチングを受ける必要がある。その後、基板は、ベベルエッジ付近の銅薄膜をY材料に変換するためのプラズマ処理を受ける。プラズマ処理に続いて、基板は、銅化合物および銅の間のエッチング選択比が高い1または複数の化学物質で湿式エッチングされる。図4Aは、プラズマ処理を用いて、ベベルエッジにおける銅薄膜の除去を支援する処理のフローチャート400を示す。工程401において、銅メッキされた基板が、基板背面上の銅残留物を除去するために、背面銅除去装置(図1Bに示した装置など)内に配置される。工程403で、背面の銅が除去される。一実施形態では、銅湿式エッチング剤が、基板の背面に供給される。銅湿式エッチング剤が基板前面に到達するのを防ぐために、不活性ガスが、基板の前面に吹き付けられる。背面の銅が除去された後、基板は、残留した銅湿式エッチング剤を基板表面から除去するために、リンスおよび洗浄される。
背面の銅が除去された後、基板は、工程405でベベルエッジプラズマ処理チャンバ内に配置される。工程407で、ベベルエッジ上の銅薄膜を銅化合物に変換するために、処理プラズマが、ベベルエッジ付近で生成される。なお、銅化合物は、銅化合物のための湿式エッチング剤について、銅よりも湿式エッチング選択比が高い。生成されたプラズマは、ベベルエッジにのみ存在する。ベベルエッジプラズマ処理チャンバは、ベベルエッジ付近の領域にプラズマを限定するよう構成される。処理プラズマに暴露される基板表面のベベルエッジからの距離は、約5mm未満、好ましくは約2mm未満、最も好ましくは1mm未満になるように、リアクタの設計によって制御可能である。処理プロセスは適切なハードウエアによる乾式プロセスであるため、約±0.1mmの変動で1mm以下になるように、ベベルエッジ処理を空間的に制御することができる。工程409で、基板は、湿式エッチング装置(タンクなど)内に配置され、銅よりもエッチング選択比の高い変換済みの銅化合物(CuOE、CuOXY、CuOCClDなど)をエッチングする化学物質を含む湿式エッチング流体の中に浸漬される。一実施形態において、湿式エッチングの選択比は、約20よりも大きく、約20の選択比とは、銅の湿式エッチング速度に対する材料の湿式エッチング速度の比が、約20であることを意味する。別の実施形態において、湿式エッチングの選択比は、約50ないし約100の間である。ベベルエッジでプラズマ処理された銅化合物はエッチングされ、基板前面の銅薄膜はエッチングされずに残る。一実施形態では、湿式エッチング流体はクエン酸アンモニウムを含む。別の実施形態では、湿式エッチング流体はフッ化水素(HF)を含む。さらに別の実施形態では、湿式エッチング流体は硝酸またはクエン酸を含む。
図4Aに記載の処理において、銅メッキ基板は、最初に背面の銅を除去され、背面の銅が除去された直後にプラズマ処理される。しかしながら、ベベルエッジの銅のプラズマ処理、および、湿式エッチング流体によるベベルエッジの銅化合物の除去は、背面の銅が除去された直後に実行可能であるが、直後に実行されなくてもよい。銅をCuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物に変換するベベルエッジプラズマ処理、および、銅化合物の除去は、他の誘電体蒸着およびエッチング処理の後に実行されてもよい。
あるいは、CuOE、CuOXY、またはCuOCClDなどの銅化合物は、図3に示したものと同様の専用ベベルエッジプラズマチャンバ内でプラズマによって除去されてもよい。CuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物は、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、または、他の種類の不活性ガスなどの搬送ガスと組み合わされたBCl3によって除去されてよい。処理温度は、約100℃ないし約300℃の間である。動作圧は、約20mTorrないし約10Torrの間である。
図4Bは、専用ベベルエッジプラズマエッチングチャンバを用いる処理フロー450を示す。処理工程401、403、405、407は、図4Aの処理工程と同様である。工程407で、ベベルエッジの銅薄膜がCuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物に変換された後、基板は、上述の搬送ガスおよびBCl3による処理など、ベベルエッジプラズマによって、CuOE、CuOXY、または、CuOCClDなどの銅化合物を除去するために、工程411においてベベルエッジプラズマチャンバ内でエッチングされる。ベベルエッジプラズマチャンバは、工程405および407において銅を銅化合物に変換するために用いられるものと同じであってよい。あるいは、銅化合物を有する基板は、銅化合物をエッチングするために別のベベルエッジプラズマチャンバに搬送されてもよい。銅化合物をエッチングするために用いられるベベルエッジプラズマチャンバは、銅の不揮発性の性質のために、専用のものである必要がある。
本発明の概念は、ベベルエッジに銅を有する任意の基板に適用することができる。基板は、銅でメッキされている必要はない。例えば、PVDまたはCVD銅シード層を備える基板において、上述の装置および方法によってベベルエッジの銅を除去することができる。
上述の実施形態は、ベベルエッジの銅を、銅に比べて高いエッチング選択比で流体を用いて湿式エッチングできる銅化合物に変換するために、銅メッキ基板のベベルエッジを処理する装置および方法を提供する。あるいは、銅化合物は、専用ベベルエッジプラズマエッチングチャンバでエッチングできる。湿式または乾式いずれかの銅化合物のエッチングは、湿式エッチング処理チャンバまたは専用乾式エッチングプラズマチャンバにおいて、不揮発性の銅の除去を可能にする。ベベルエッジでのプラズマ処理は、正確な空間制御で1mm以下(例えば、0.5mmまたは0.25mm)の範囲まで、ベベルエッジの銅を除去することを可能にする。さらに、ベベルエッジの銅を除去する上述の装置および方法では、デバイス領域に銅エッチング流体が飛び散って銅薄膜の欠陥および薄化を引き起こす問題が起こらない。
理解を深めるために、上述の発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内で、ある程度の変更や変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
たとえば、本願発明は、以下の態様で実現することもできる。

適用例1
基板のベベルエッジ上の銅薄膜を処理して、前記銅薄膜を、湿式エッチングによって除去される銅化合物に変換する方法であって、
プラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に前記基板を配置する工程と、
前記基板支持体から離間して配置されたガス分配プレートに組み込まれたガス供給部を通して処理ガスを流す工程と、
前記基板の前記ベベルエッジ付近で処理プラズマを生成して、前記基板の前記ベベルエッジ上の前記銅薄膜を銅化合物に変換する工程であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板のエッジ面から約2mm未満の範囲にある銅薄膜を前記銅化合物に変換する、工程と、
湿式エッチング流体を含む湿式エッチング装置内に前記基板を配置して、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物を除去する工程と、を備える、方法。

適用例2
適用例1の方法であって、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、約20:1より大きい、方法。

適用例3
適用例2の方法であって、前記銅化合物は、CuO E 、CuO X Y 、および、CuO C Cl D からなる群から選択され、E、X、Y、C、および、Dは数字である、方法。

適用例4
適用例1の方法であって、前記処理ガスは、酸素含有ガスと、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスのいずれかと、を含む、方法。

適用例5
適用例1の方法であって、前記湿式エッチング流体は、クエン酸アンモニウム、フッ化水素、硝酸、および、クエン酸からなる群から選択されたエッチャントを含む、方法。

適用例6
適用例1の方法であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板の前記エッジ面から約1mm以下の範囲にある銅薄膜を+/1約0.1mmの空間制御で前記銅化合物に変換する、方法。

適用例7
適用例1の方法であって、前記基板は、バリア層と、前記バリア層の上の銅シード層と、前記銅シード層の上のメッキ銅層とを有し、前記銅薄膜は、前記銅シード層および前記メッキ銅層の両方を含む、方法。

適用例8
適用例1の方法であって、さらに、
前記プラズマ処理チャンバ内に前記基板を配置する前に、前記基板の背面上の前記銅薄膜を除去する工程を備える、方法。

適用例9
適用例1の方法であって、前記ベベルエッジ付近の前記処理プラズマは、前記プラズマ処理チャンバ内の前記基板支持体を囲む下側エッジ電極、および、前記基板支持体に対向する前記ガス分配プレートを囲む上側エッジ電極によって、容量的または誘導的に生成される、方法。

適用例10
適用例9の方法であって、前記上側エッジ電極および前記下側エッジ電極の間の距離は、約1.5cm未満であり、前記処理プラズマを閉じ込める、方法。

適用例11
適用例1の方法であって、前記処理ガスは、前記基板の中央付近もしくは前記基板の前記ベベルエッジ付近に配置されたガス供給部によって、または、前記基板の前記中央付近に配置されたガス供給部および前記基板の前記ベベルエッジ付近に配置された追加のガス供給部によって、前記プラズマ処理チャンバに供給される、方法。

適用例12
適用例9の方法であって、前記ガス分配プレートと、前記分配プレートに対向する前記基板の表面と、の間の距離は、プラズマが前記ガス分配プレートと前記基板の前記表面との間に生成されることを防ぐように、約0.6mm未満である、方法。

適用例13
適用例2の方法であって、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、約100:1より大きい、方法。

適用例14
基板のベベルエッジ上の銅薄膜を処理して、前記銅薄膜を、湿式エッチングによって除去される銅化合物に変換する方法であって、
前記基板の背面上の前記銅薄膜を除去する工程と、
前記基板の前記背面上の前記銅薄膜を除去した後、プラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に前記基板を配置する工程と、
前記基板支持体から離間して配置されたガス分配プレートに組み込まれたガス供給部を通して処理ガスを流す工程と、
前記基板の前記ベベルエッジ付近で処理プラズマを生成して、前記基板の前記ベベルエッジ上の前記銅薄膜を銅化合物に変換する工程であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板のエッジ面から約2mm未満の範囲にある銅薄膜を前記銅化合物に変換する、工程と、
湿式エッチング流体を含む湿式エッチング装置内に前記基板を配置して、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物を除去する工程と、
を備え、
前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、約20:1より大きい、方法。

適用例15
適用例14の方法であって、前記銅化合物は、CuO E 、CuO X Y 、および、CuO C Cl D からなる群から選択され、E、X、Y、C、および、Dは数字である、方法。

適用例16
適用例14の方法であって、前記処理ガスは、酸素含有ガスと、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスのいずれかと、を含む、方法。

適用例17
適用例14の方法であって、前記湿式エッチング流体は、クエン酸アンモニウム、フッ化水素、硝酸、および、クエン酸からなる群から選択されたエッチャントを含む、方法。

適用例18
適用例14の方法であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板の前記エッジ面から約1mm以下の範囲にある銅薄膜を約0.1mmの空間制御で前記銅化合物に変換する、方法。

適用例19
適用例14の方法であって、前記ベベルエッジ付近の前記処理プラズマは、前記プラズマ処理チャンバ内の前記基板支持体を囲む下側エッジ電極、および、前記基板支持体に対向する前記ガス分配プレートを囲む上側エッジ電極によって、容量的または誘導的に生成される、方法。

適用例20
適用例14の方法であって、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、約100:1より大きい、方法。

Claims (20)

  1. 基板のベベルエッジ上の銅薄膜を処理して、前記銅薄膜を、湿式エッチングによって除去される銅化合物に変換する方法であって、
    プラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に前記基板を配置する工程と、
    前記基板支持体から離間して配置されたガス分配プレートに組み込まれたガス供給部を通して処理ガスを流す工程と、
    前記基板の前記ベベルエッジ付近で処理プラズマを生成して、前記基板の前記ベベルエッジ上の前記銅薄膜を銅化合物に変換する工程であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板のエッジ面からmm未満の範囲にある銅薄膜を前記銅化合物に変換する、工程と、
    湿式エッチング流体を含む湿式エッチング装置内に前記基板を配置して、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物を除去する工程と、を備える、方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、20:1より大きい、方法。
  3. 請求項2に記載の方法であって、前記銅化合物は、CuOE、CuOXY、および、CuOCClDからなる群から選択され、E、X、Y、C、および、Dは数字である、方法。
  4. 請求項1に記載の方法であって、前記処理ガスは、酸素含有ガスと、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスのいずれかと、を含む、方法。
  5. 請求項1に記載の方法であって、前記湿式エッチング流体は、クエン酸アンモニウム、フッ化水素、硝酸、および、クエン酸からなる群から選択されたエッチャントを含む、方法。
  6. 請求項1に記載の方法であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板の前記エッジ面からmm以下の範囲にある銅薄膜を+/−0.1mmの空間制御で前記銅化合物に変換する、方法。
  7. 請求項1に記載の方法であって、前記基板は、バリア層と、前記バリア層の上の銅シード層と、前記銅シード層の上のメッキ銅層とを有し、前記銅薄膜は、前記銅シード層および前記メッキ銅層の両方を含む、方法。
  8. 請求項1に記載の方法であって、さらに、
    前記プラズマ処理チャンバ内に前記基板を配置する前に、前記基板の背面上の前記銅薄膜を除去する工程を備える、方法。
  9. 請求項1に記載の方法であって、前記ベベルエッジ付近の前記処理プラズマは、前記プラズマ処理チャンバ内の前記基板支持体を囲む下側エッジ電極、および、前記基板支持体に対向する前記ガス分配プレートを囲む上側エッジ電極によって、容量的または誘導的に生成される、方法。
  10. 請求項9に記載の方法であって、前記上側エッジ電極および前記下側エッジ電極の間の距離は、1.5cm未満であり、前記処理プラズマを閉じ込める、方法。
  11. 請求項1に記載の方法であって、前記処理ガスは、前記基板の中央付近もしくは前記基板の前記ベベルエッジ付近に配置されたガス供給部によって、または、前記基板の前記中央付近に配置されたガス供給部および前記基板の前記ベベルエッジ付近に配置された追加のガス供給部によって、前記プラズマ処理チャンバに供給される、方法。
  12. 請求項9に記載の方法であって、前記ガス分配プレートと、前記分配プレートに対向する前記基板の表面と、の間の距離は、プラズマが前記ガス分配プレートと前記基板の前記表面との間に生成されることを防ぐように、0.6mm未満である、方法。
  13. 請求項2に記載の方法であって、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、100:1より大きい、方法。
  14. 基板のベベルエッジ上の銅薄膜を処理して、前記銅薄膜を、湿式エッチングによって除去される銅化合物に変換する方法であって、
    前記基板の背面上の前記銅薄膜を除去する工程と、
    前記基板の前記背面上の前記銅薄膜を除去した後、プラズマ処理チャンバ内の基板支持体上に前記基板を配置する工程と、
    前記基板支持体から離間して配置されたガス分配プレートに組み込まれたガス供給部を通して処理ガスを流す工程と、
    前記基板の前記ベベルエッジ付近で処理プラズマを生成して、前記基板の前記ベベルエッジ上の前記銅薄膜を銅化合物に変換する工程であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板のエッジ面からmm未満の範囲にある銅薄膜を前記銅化合物に変換する、工程と、
    湿式エッチング流体を含む湿式エッチング装置内に前記基板を配置して、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物を除去する工程と、
    を備え、
    前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、20:1より大きい、方法。
  15. 請求項14に記載の方法であって、前記銅化合物は、CuOE、CuOXY、および、CuOCClDからなる群から選択され、E、X、Y、C、および、Dは数字である、方法。
  16. 請求項14に記載の方法であって、前記処理ガスは、酸素含有ガスと、フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスのいずれかと、を含む、方法。
  17. 請求項14に記載の方法であって、前記湿式エッチング流体は、クエン酸アンモニウム、フッ化水素、硝酸、および、クエン酸からなる群から選択されたエッチャントを含む、方法。
  18. 請求項14に記載の方法であって、前記生成された処理プラズマは、前記基板の前記エッジ面からmm以下の範囲にある銅薄膜を0.1mmの空間制御で前記銅化合物に変換する、方法。
  19. 請求項14に記載の方法であって、前記ベベルエッジ付近の前記処理プラズマは、前記プラズマ処理チャンバ内の前記基板支持体を囲む下側エッジ電極、および、前記基板支持体に対向する前記ガス分配プレートを囲む上側エッジ電極によって、容量的または誘導的に生成される、方法。
  20. 請求項14に記載の方法であって、前記ベベルエッジ上の前記銅化合物が前記湿式エッチング流体によって前記ベベルエッジからエッチングされる際の前記銅薄膜に対する湿式エッチング選択比は、100:1より大きい、方法。
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