JP6748491B2 - 基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法、及び、処理装置 - Google Patents

基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法、及び、処理装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法、及び、処理装置に関するものである。
半導体装置の配線加工技術としてダマシン法が利用されている。ダマシン法では、基板に凹部が形成される。次いで、凹部を画成する壁面上にバリア層が形成される。次いで、バリア層上にシード層が形成される。しかる後に、凹部に銅が埋め込まれる。一般的に、バリア層及びシード層の形成にはスパッタ法が用いられており、銅の埋込みにはメッキ法が用いられている。このような配線加工技術については、特許文献１に記載されている。
特開２００１−６０５８９号公報
配線加工においては、凹部の開口を画成する基板の角部において、バリア層の厚さ及びシード層の厚さが局所的に厚くなる。即ち、角部に形成された下地金属層の厚さが厚くなる。その結果、凹部の開口端の幅が狭くなる。開口の幅が狭い状態で凹部に銅が埋め込まれると、凹部に対する銅の埋込み不良、例えばボイドが発生する。
ボイドの発生を抑制するためには、下地金属層によって縮小された凹部の開口の幅を広げる必要がある。開口の幅を広げるためには、下地金属層に対するスパッタエッチングを行うことが考えられる。しかしながら、スパッタエッチングでは、角部に形成された下地金属層のみならず、凹部を画成する壁面、例えば底面上に形成された下地金属層もエッチングされる。その結果、下地金属層が薄くなり、場合によっては下地金属層が除去されてしまう。かかる背景から、凹部を画成する壁面上に形成された下地金属層の消失を抑制し、且つ、下地金属層によって縮小された凹部の開口の幅を広げることが求められている。
一態様においては、基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法が提供される。この方法は、凹部を画成する基板の表面にバリア層を形成する工程と、バリア層上にシード層を形成する工程と、を含む。この方法は、バリア層をエッチングする工程及びシード層をエッチングする工程のうち少なくとも一方を更に含む。バリア層をエッチングする工程及びシード層をエッチングする工程のうち少なくとも一方において、イオンの照射方向に対して基板が傾斜され且つ当該基板が回転される。
イオンの照射方向に対して基板が傾斜されると、角部上に形成された下地金属層（バリア層及び／又はシード層）にイオンが照射される。一方で、凹部内へのイオンの侵入が抑制される。したがって、角部上に形成された下地金属層が優先的にエッチングされる。故に、凹部を画成する壁面上に形成された下地金属層の消失が抑制され、且つ、下地金属層によって縮小された凹部の開口の幅が広げられる。また、基板が回転されることにより、角部上に形成された下地金属層が均一にエッチングされる。
一実施形態において、方法は、バリア層をエッチングする工程及びシード層をエッチングする工程の双方を含む。バリア層をエッチングする工程及びシード層をエッチングする工程の双方において、単一のチャンバ本体内で基板を保持した載置台の保持部の中心軸線がイオンの照射方向に対して傾斜するよう当該載置台が傾斜され、且つ、保持部が中心軸線を中心に回転される。
別の態様においては、処理装置が提供される。処理装置は、載置台、及び、チャンバ本体を備える。載置台は、基板を保持する保持部を有する。保持部は、その中心軸線である第１軸線を中心に回転可能であり、且つ、第１軸線に直交する第２軸線を中心に回転可能に構成されている。チャンバ本体は、チャンバを提供する。チャンバは、第２軸線に対して周方向に並ぶ成膜用の第１空間及びエッチング用の第２空間を含む。チャンバの中には、載置台が収容されている。
この態様に係る処理装置では、第２軸線に対して周方向の載置台の角度位置を調整することにより、保持部によって保持された基板が成膜用の第１空間に面するように配置され得る。また、第２軸線に対して周方向の載置台の角度位置を調整することにより、保持部によって保持された基板がエッチング用の第２空間に面するように配置され得る。エッチング用の空間に面するように配置された基板は、第２空間におけるイオンの照射方向に対して傾斜され得る。さらに、エッチング用の空間に配置された基板は、第１軸線、即ち保持部の中心軸線を中心に回転され得る。故に、この処理装置は、上述した方法の実施に用いられ得る。
一実施形態において、処理装置は、第１空間と第２空間との間に介在する隔壁を更に備えていてもよい。この実施形態によれば、第１空間で基板上に堆積すべき物質が第２空間に侵入することが抑制される。また、第２空間において生成された活性種が第１空間に侵入することが抑制される。
一実施形態においては、処理装置は、第１空間に配置される成膜用のターゲットを保持するターゲットホルダ、及び、第２空間に供給されるガスを励起させるプラズマ生成部を更に備え得る。
以上説明したように、基板の凹部を画成する壁面上に形成された下地金属層の消失を抑制し、且つ、下地金属層によって縮小された凹部の開口の幅を広げることが可能となる。
基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法の一実施形態を示す流れ図である。 図２の（ａ）は図１に示す方法が適用される基板を例示する図であり、図２の（ｂ）はその上にバリア層が形成された基板を含む被加工物を示す図である。 図３の（ａ）及び図３の（ｂ）は、バリア層のエッチングを示す図である。 図４の（ａ）はバリア層のエッチング後の被加工物を示す図であり、図４の（ｂ）はシード層の形成後の被加工物を示す図である。 図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、シード層のエッチングを示す図である。 図６の（ａ）はシード層のエッチング後の被加工物を示す図であり、図６の（ｂ）は銅の埋込み後の被加工物を示す図である。 一実施形態に係る処理装置を示す図である。 一実施形態に係る処理装置を示す図である。 一実施形態に係る載置台の断面図である。 一実施形態に係る載置台の断面図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法の一実施形態を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、基板の凹部に銅配線を形成するプロセスに先だって行われる前処理に関するものである。この方法ＭＴの実施の前には、基板１００が準備される。図２の（ａ）は、図１に示す方法が適用される基板を例示する図である。図２の（ａ）に示す基板１００は、例えば略円盤形状を有する。基板１００は、下地層１００ｕ及び絶縁膜１００ｉを含む。絶縁膜１００ｉは、下地層１００ｕ上に設けられている。絶縁膜１００ｉは、例えば酸化シリコン又は低誘電率材料（Ｌｏｗ−Ｋ材料）から形成されるが、これらに限定されるものではない。基板１００は、上面１００ｔを有する。上面１００ｔは、絶縁膜１００ｉによって提供されている。絶縁膜１００ｉには、凹部１００ｒが形成されている。凹部１００ｒは、上面１００ｔから基板１００の板厚方向に延びている。凹部１００ｒは、例えば溝又はホールであり得る。凹部１００ｒは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成される。
図１に示すように、方法ＭＴでは、まず、工程ＳＴ１において、凹部１００ｒを画成する基板１００の表面にバリア層１０２が形成される。バリア層１０２は、例えば、Ｔａ、ＴａＮといった金属から形成される。このバリア層１０２は、例えばスパッタリング法により形成される。
図２の（ｂ）はその上にバリア層が形成された基板を含む被加工物を示す図である。方法ＭＴでは、工程ＳＴ１の実行により、図２の（ｂ）に示す被加工物Ｗ１が得られる。被加工物Ｗ１は、基板１００、及び、当該基板１００の表面に形成されたバリア層１０２を含む。図２の（ｂ）に示すように、バリア層１０２の厚さは、基板１００の角部１００ｓ（又は肩部）上において局所的に厚くなる。したがって、凹部１００ｒの開口の幅が狭くなる。なお、角部１００ｓは、凹部を画成する絶縁膜１００ｉの側面と上面１００ｔとが交差する部分である。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、被加工物Ｗ１のバリア層１０２のエッチングが行われる。図３の（ａ）及び図３の（ｂ）は、バリア層のエッチングを示す図である。図３の（ａ）においては、被加工物Ｗ１の全体が示されており、図３の（ｂ）においては、被加工物Ｗ１の一部が拡大して示されている。
図３の（ａ）及び図３の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ２では、バリア層１０２のエッチングのために、被加工物Ｗ１にイオンが照射される。イオンは、例えばアルゴンガスといった希ガス、又は、窒素ガスといった不活性ガスを励起させてプラズマを生成することにより、生成される。工程ＳＴ２では、被加工物Ｗ１が、イオンの照射方向（図３の（ａ）及び図３の（ｂ）において下向きの矢印で示す方向）に対して傾斜される。例えば、被加工物Ｗ１は、イオンの照射方向に対して当該被加工物Ｗ１の中心軸線ＣＸが１０°以上６０°以下の範囲内の角度をなすように、傾斜される。なお、中心軸線ＣＸは、基板１００の板厚方向に平行であり、被加工物Ｗ１の中心を含む。さらに、工程ＳＴ２では、被加工物Ｗ１が、中心軸線ＣＸを中心に回転される。
被加工物Ｗ１がイオンの照射方向に対して傾斜された状態でエッチングが実行されることにより、角部１００ｓ上に形成されたバリア層１０２にはイオンが照射される。一方で、凹部１００ｒへのイオンの侵入が抑制される。したがって、角部１００ｓ上に形成されたバリア層１０２が優先的にエッチングされる。故に、凹部１００ｒを画成する壁面上に形成されたバリア層１０２の消失が抑制され、且つ、バリア層１０２によって縮小された凹部１００ｒの開口の幅が広げられる。また、工程ＳＴ２では、被加工物Ｗ１が中心軸線ＣＸを中心に回転されるので、角部１００ｓ上に形成されたバリア層１０２が均一にエッチングされる。図４の（ａ）は、バリア層のエッチング後の被加工物を示す図である。図４の（ａ）に示すように、工程ＳＴ２の実行の結果、角部１００ｓ上に形成されたバリア層１０２の厚さが局所的に減少する。これにより、バリア層１０２によって縮小された凹部１００ｒの開口の幅が広げられた被加工物Ｗ２が作成される。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、バリア層１０２上にシード層１０４が形成される。シード層１０４は、銅から形成される。このシード層１０４は、例えばスパッタリング法により形成される。
図４の（ｂ）はシード層の形成後の被加工物を示す図である。工程ＳＴ３の実行により、図４の（ｂ）に示す被加工物Ｗ３が得られる。被加工物Ｗ３は、基板１００、バリア層１０２、及び、バリア層１０２上に形成されたシード層１０４を含む。図４の（ｂ）に示すように、シード層１０４の厚さは、基板１００の角部１００ｓ（又は肩部）上において局所的に厚くなる。したがって、凹部１００ｒの開口の幅が狭くなる。
方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ４が実行される。工程ＳＴ４では、被加工物Ｗ３のシード層１０４のエッチングが行われる。図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、シード層のエッチングを示す図である。図５の（ａ）においては、被加工物Ｗ３の全体が示されており、図５の（ｂ）においては、被加工物Ｗ３の一部が拡大して示されている。
図５の（ａ）及び図５の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ４では、シード層１０４のエッチングのために、被加工物Ｗ３にイオンが照射される。イオンは、例えばアルゴンガスといった希ガス、又は、窒素ガスといった不活性ガスを励起させてプラズマを生成することにより、生成される。工程ＳＴ４では、被加工物Ｗ３が、イオンの照射方向（図５の（ａ）及び図５の（ｂ）において下向きの矢印で示す方向）に対して傾斜される。例えば、被加工物Ｗ３は、イオンの照射方向に対して当該被加工物Ｗ３の中心軸線ＣＸが１０°以上６０°以下の範囲内の角度をなすように、傾斜される。なお、被加工物Ｗ３の中心軸線ＣＸは、被加工物Ｗ１の中心軸線と同様である。さらに、工程ＳＴ４では、被加工物Ｗ３が、中心軸線ＣＸを中心に回転される。
被加工物Ｗ３がイオンの照射方向に対して傾斜された状態でエッチングが実行されることにより、角部１００ｓ上に形成されたシード層１０４にはイオンが照射される。一方で、凹部１００ｒへのイオンの侵入が抑制される。したがって、角部１００ｓ上に形成されたシード層１０４が優先的にエッチングされる。故に、凹部１００ｒを画成する壁面上に形成されたシード層１０４の消失が抑制され、且つ、シード層１０４によって縮小された凹部１００ｒの開口の幅が広げられる。また、工程ＳＴ４では、被加工物Ｗ３が中心軸線ＣＸを中心に回転されるので、角部１００ｓ上に形成されたシード層１０４が均一にエッチングされる。図６の（ａ）は、シード層のエッチング後の被加工物を示す図である。図６の（ａ）に示すように、工程ＳＴ４の実行の結果、角部１００ｓ上に形成されたシード層１０４の厚さが局所的に減少する。これにより、シード層１０４によって縮小された凹部１００ｒの開口の幅が広げられた被加工物Ｗ４が作成される。
図６の（ｂ）は、銅の埋込み後の被加工物を示す図である。銅配線の形成においては、方法ＭＴの実施の後に、凹部１００ｒに銅１０６が埋め込まれる。これにより、被加工物Ｗ５が作成される。銅の埋込みには、例えばメッキ法が用いられる。そして、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、上面１００ｔの上に形成された銅１０６が除去されることにより、凹部１００ｒ内に配線が形成される。
以下、方法ＭＴの実施において用いることができる処理装置について説明する。図７は、一実施形態に係る処理装置を示す図である。図７に示す処理装置１０は、チャンバ本体１２及び載置台１４を備えている。
チャンバ本体１２は、その内部空間をチャンバ１２ｃとして提供している。チャンバ１２ｃは、限定されるものではないが、例えば略球形の空間である。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムといった金属から形成されており、接地されている。また、チャンバ本体１２の内壁面には、アルマイト膜といった被覆が施されている。一実施形態では、チャンバ本体１２は、主部１２ａ及び蓋部１２ｂを含んでいる。蓋部１２ｂは、主部１２ａ上に設けられており、主部１２ａに対して着脱可能に構成されている。
チャンバ本体１２の側壁部には、上述した基板又は被加工物をチャンバ１２ｃに搬入し、チャンバ１２ｃから搬出するための開口１２ｐが形成されている。この開口１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能となっている。
また、チャンバ本体１２には、ガス供給部１３が接続されている。ガス供給部１３は、チャンバ１２ｃにガスを供給するよう構成されている。ガス供給部１３は、ガスソース、マスフローコントローラといった流量制御器、及び、開閉弁を有し得る。ガスソースは、例えば、アルゴンガスといった希ガス及び／又は窒素ガスといった不活性ガスのソースであり得る。ガスソースは、流量制御器及び開閉弁を介してチャンバ１２ｃに接続されている。このガス供給部１３は、一実施形態では、チャンバ本体１２の底部に設けられたガス導入路１２ｉに接続されている。
また、チャンバ本体１２には、排気装置１５が接続されている。排気装置１５は、圧力調整弁、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを含み得る。排気装置１５は、一実施形態では、チャンバ本体１２の底部の中央に形成された排気孔１２ｅに接続されている。
載置台１４は、チャンバ１２ｃ内に設けられている。チャンバ１２ｃは、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２を含んでいる。第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２は、載置台１４の後述する第２軸線ＡＸ２に対して周方向に並んでいる。一実施形態では、第１空間Ｓ１は、載置台１４に対して上方（Ｚ方向）にあり、第２空間Ｓ２は、載置台１４に対して横方向（Ｘ方向）にある。
第１空間Ｓ１は、成膜用の空間である。一実施形態では、第１空間Ｓ１の上方に、ターゲットホルダ１６ａ及びターゲットホルダ１６ｂが設けられている。ターゲットホルダ１６ａ及びターゲットホルダ１６ｂは、蓋部１２ｂに取り付けられている。ターゲットホルダ１６ａ及びターゲットホルダ１６ｂは、導体から形成されており、蓋部１２ｂから電気的に分離（絶縁）されている。ターゲットホルダ１６ａは、第１空間Ｓ１側においてターゲット１８ａを保持している。ターゲットホルダ１６ｂは、第１空間Ｓ１側においてターゲット１８ｂを保持している。ターゲット１８ａは、例えば銅から形成されている。ターゲット１８ｂは、上述したバリア層を構成する材料と同じ材料から形成されている。即ち、ターゲット１８ｂは、例えばＴａ、ＴａＮといった金属から形成されている。ターゲットホルダ１６ａには、電源２０ａが接続されている。また、ターゲットホルダ１６ｂには、電源２０ｂが接続されている。電源２０ａ及び電源２０ｂは、直流電源であってもよく、或いは、高周波電源であってもよい。
一実施形態では、ターゲットホルダ１６ａ及びターゲットホルダ１６ｂは、中心軸線ＡＸＣに対して対称に配置されている。中心軸線ＡＸＣは、鉛直方向（Ｚ方向）に延びる軸線であり、チャンバ１２ｃの中心軸線である。処理装置１０では、ターゲットホルダ１６ａに保持されたターゲット１８ａ、及び、ターゲットホルダ１６ｂに保持されたターゲット１８ｂも、中心軸線ＡＸＣに対して対称に配置される。また、ターゲットホルダ１６ａは、ターゲット１８ａが中心軸線ＡＸＣに対して傾斜するように当該ターゲット１８ａを保持し、ターゲットホルダ１６ｂは、ターゲット１８ｂが中心軸線ＡＸＣに対して傾斜するように当該ターゲット１８ｂを保持する。
また、処理装置１０では、軸体２２が蓋部１２ｂを中心軸線ＡＸＣに沿って貫通するように設けられている。チャンバ本体１２の外側において、軸体２２には、回転駆動装置２４（例えば、モータ）が接続されている。チャンバ本体１２の内側、即ち、第１空間Ｓ１において、軸体２２にはシャッタ２６が結合されている。シャッタ２６は、ターゲット１８ａ及びターゲット１８ｂと載置台１４との間に介在している。シャッタ２６には、ターゲット１８ａ又はターゲット１８ｂを載置台１４に対して露出させるための開口２６ａが形成されている。このシャッタ２６の開口２６ａの中心軸線ＡＸＣに対する回転方向の位置が回転駆動装置２４によって調整されることにより、ターゲット１８ａ及びターゲット１８ｂのうち一方を選択的に載置台１４に対して露出させることができる。また、シャッタ２６により、ターゲット１８ａ及びターゲット１８ｂの双方を、載置台１４に対して遮蔽することができる。
処理装置１０では、第２空間Ｓ２の側方において、チャンバ本体１２に開口が形成されている。この開口は、窓部材２８によって閉じられている。窓部材２８は、石英といった誘電体材料から形成されている。また、チャンバ本体１２の外部には、窓部材２８と対面するようにアンテナ３０（コイル）が設けられている。アンテナ３０には、整合器３４を介して高周波電源３２が接続されている。高周波電源３２は、ガス供給部１３からチャンバ１２ｃに供給されるガスを励起させるために、高周波をアンテナ３０に供給する。整合器３４は、高周波電源３２の出力インピーダンスと負荷、即ちチャンバ本体１２側のインピーダンスとを整合させるための整合回路を有している。処理装置１０では、高周波電源３２及びアンテナ３０は、誘導結合型のプラズマ生成部を構成している。
一実施形態では、処理装置１０は、隔壁３５を更に備えている。隔壁３５は、チャンバ本体１２からチャンバ１２ｃ内に延びており、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に介在している。隔壁３５は、ターゲット１８ａ又はターゲット１８ｂから放出された物質が、第２空間Ｓ２に侵入することを抑制している。また、隔壁３５は、第２空間Ｓ２において生成された活性種が第１空間Ｓ１に侵入することを抑制している。なお、隔壁３５は、例えば第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２のそれぞれを適当な容積で区切るよう、チャンバ１２ｃ内に適宜設けられ得る。
以下、載置台１４について詳細に説明する。図８は、一実施形態に係る処理装置を示す図である。図８においては、載置台１４が、図７に示す状態から第２軸線ＡＸ２中心に回転されて傾斜した状態が示されている。図９及び図１０は、一実施形態に係る載置台の断面図である。以下、図７〜図１０を参照する。
載置台１４は、被加工物Ｗを保持する機構である。載置台１４は、第１軸線ＡＸ１に被加工物Ｗの中心軸線が一致するように被加工物Ｗを保持する。また、載置台１４は、第１軸線ＡＸ１を中心に被加工物Ｗを回転させるように構成されている。さらに、載置台１４は、第１軸線ＡＸ１に直交する上述の第２軸線ＡＸ２を中心に回転可能に構成されている。この第２軸線ＡＸ２は、鉛直方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に延びている。図７に示すように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が、第１軸線ＡＸ１が中心軸線ＡＸＣに一致するように設定されている場合には、被加工物Ｗは、第１空間Ｓ１の側に面する。図７に示した状態では、被加工物Ｗに対する成膜が行われる。また、図７に示す状態から図８に示す状態まで、載置台１４が第２軸線ＡＸ２を中心に回転されると、被加工物Ｗは第２空間Ｓ２の側に面する。図８に示した状態では、被加工物Ｗに対するイオンの照射、即ち被加工物Ｗのエッチングが行われる。
図９及び図１０に示すように、載置台１４は、保持部４０、容器５０、及び、一対の軸部６０ａ，６０ｂを有している。保持部４０は、被加工物Ｗを保持するよう構成されている。また、保持部４０は、その中心軸線である第１軸線ＡＸ１を中心に回転することによって、被加工物Ｗを回転させるよう構成されている。この保持部４０は、静電チャック４２、下部電極４４、軸部４６、及び、絶縁部材４５を有している。
静電チャック４２は、その上面において被加工物Ｗを保持するように構成されている。静電チャック４２は、略円盤形状を有している。静電チャック４２の中心軸線は、第１軸線ＡＸ１に一致している。静電チャック４２は、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有している。静電チャック４２は、電極膜に電圧が印加されることにより、静電力を発生する。この静電力により、静電チャック４２は、その上に載置された被加工物Ｗを吸着する。この静電チャック４２と被加工物Ｗとの間には、Ｈｅガス、Ａｒガスといった伝熱ガスが供給されるようになっていてもよい。また、静電チャック４２内には、被加工物Ｗを加熱するためのヒータが内蔵されていてもよい。この静電チャック４２は、下部電極４４上に設けられている。
下部電極４４は、略円盤形状を有している。下部電極４４の中心軸線は、第１軸線ＡＸ１に一致している。一実施形態では、下部電極４４は、第１部分４４ａ及び第２部分４４ｂを有している。第１部分４４ａは、第１軸線ＡＸ１に沿って延在する下部電極４４の中央側の部分である。第２部分４４ｂは、第１部分４４ａよりも第１軸線ＡＸ１から離れて、即ち、第１部分４４ａよりも外側で延在する部分である。
第１部分４４ａの上面及び第２部分４４ｂの上面は連続している。第１部分４４ａの上面及び第２部分４４ｂの上面によって下部電極４４の略平坦な上面が構成されている。この下部電極４４の上面の上には、静電チャック４２が設けられている。また、第１部分４４ａは、第２部分４４ｂよりも下方に突出して、円柱状をなしている。即ち、第１部分４４ａの下面は、第２部分４４ｂの下面よりも下方において延在している。
下部電極４４は、アルミニウム、ステンレス鋼といった導体から構成されている。下部電極４４は、チャンバ本体１２の外部に設けられたバイアス電力供給部９０（図７参照）と電気的に接続されている。バイアス電力供給部９０は、第１電源９０ａ及び第２電源９０ｂを含んでいる。第１電源９０ａは、パルス変調された直流電源（変調直流電圧）を発生するよう構成されている。第２電源９０ｂは、バイアス用の高周波を発生するよう構成されている。第１電源９０ａからの変調直流電圧及び第２電源９０ｂからの高周波は、選択的に下部電極４４に供給される。
下部電極４４には、流路４４ｆが形成されている。流路４４ｆには冷媒が供給される。冷媒が流路４４ｆに供給されることにより、被加工物Ｗの温度が調整される。この下部電極４４は、絶縁部材４５上に設けられている。
絶縁部材４５は、石英、アルミナといった絶縁体から構成されている。絶縁部材４５は、中央において開口した略円盤形状を有している。一実施形態では、絶縁部材４５は、第１部分４５ａ及び第２部分４５ｂを有している。第１部分４５ａは、絶縁部材４５の中央側の部分であり、第２部分４５ｂは、第１部分４５ａよりも第１軸線ＡＸ１から離れて、即ち、第１部分４５ａよりも外側で延在する部分である。第１部分４５ａの上面は、第２部分４５ｂの上面よりも下方で延在している。第１部分４５ａの下面は、第２部分４５ｂの下面よりも下方で延在している。絶縁部材４５の第２部分４５ｂの上面は、下部電極４４の第２部分４４ｂの下面に接している。一方、絶縁部材４５の第１部分４５ａの上面は、下部電極４４の下面から離間している。
軸部４６は、略円柱形状を有しており、下部電極４４の下面に結合されている。具体的に、軸部４６は、下部電極４４の第１部分４４ａの下面に結合されている。軸部４６の中心軸線は、第１軸線ＡＸ１と一致している。この軸部４６に対して回転力が与えられることにより、保持部４０は回転する。
このような種々の要素によって構成される保持部４０は、容器５０と共に載置台１４の中空の内部空間を形成している。容器５０は、蓋体５０ａ及び本体５０ｂを含んでいる。蓋体５０ａは、略円盤形状を有している。蓋体５０ａの中央には、軸部４６が通る貫通孔が形成されている。この蓋体５０ａは、絶縁部材４５の第２部分４５ｂの下方において延在しており、当該第２部分４５ｂに対して僅かな間隙を提供している。また、蓋体５０ａの下面周縁には、本体５０ｂの上端が結合している。本体５０ｂは、下端において閉塞された略円筒形状を有している。
容器５０と軸部４６との間には、磁性流体シール部５２が設けられている。磁性流体シール部５２は、内輪部５２ａ及び外輪部５２ｂを有している。内輪部５２ａは、軸部４６と同軸に延在する略円筒形状を有しており、軸部４６に対して固定されている。また、内輪部５２ａの上端は、絶縁部材４５の第１部分４５ａの下面に結合している。この内輪部５２ａは、軸部４６と共に第１軸線ＡＸ１中心に回転するようになっている。
外輪部５２ｂは、略円筒形状を有しており、内輪部５２ａの外側において当該内輪部５２ａと同軸に設けられている。外輪部５２ｂの上端は、蓋体５０ａの中央側部分の下面に結合している。これら内輪部５２ａと外輪部５２ｂとの間には、磁性流体５２ｃが介在している。また、磁性流体５２ｃの下方において、内輪部５２ａと外輪部５２ｂとの間には、軸受５３が設けられている。この磁性流体シール部５２は、載置台１４の内部空間をチャンバ１２ｃから分離する封止構造を提供している。なお、載置台１４の内部空間は大気圧に維持される。
一実施形態では、磁性流体シール部５２と軸部４６との間に、部材４７及び部材４８が設けられている。部材４７は、軸部４６の外周面の一部分、即ち、後述する第３筒状部４６ｄの上側部分の外周面及び下部電極４４の第１部分４４ａの外周面に沿って延在する略円筒形状を有している。また、部材４７の上端は、鍔状になっており、下部電極４４の第２部分４４ｂの下面に沿って延在している。この部材４７は、第３筒状部４６ｄの上側部分の外周面、並びに、下部電極４４の第１部分４４ａの外周面及び第２部分４４ｂの下面に接している。
部材４８は、軸部４６の外周面、即ち、第３筒状部４６ｄの外周面、及び、部材４７の外周面に沿って延在する略円筒形状を有している。部材４８の上端は鍔状になっており、絶縁部材４５の第１部分４５ａの上面に沿って延在している。部材４８は、第３筒状部４６ｄの外周面、部材４７の外周面、絶縁部材４５の第１部分４５ａの上面、及び、磁性流体シール部５２の内輪部５２ａの内周面に接している。この部材４８と絶縁部材４５の第１部分４５ａの上面との間には、Ｏリングといった封止部材４９ａが介在していてもよい。また、部材４８と磁性流体シール部５２の内輪部５２ａの内周面との間には、Ｏリングといった封止部材４９ｂ及び４９ｃが介在していてもよい。かかる構造により、軸部４６と磁性流体シール部５２の内輪部５２ａとの間が封止される。
容器５０の本体５０ｂには、第２軸線ＡＸ２に沿って一対の開口が形成されている。本体５０ｂに形成された一対の開口のそれぞれには、一対の軸部６０ａ，６０ｂの内側端部がそれぞれ嵌め込まれている。一対の軸部６０ａ，６０ｂは略円筒形状を有している。一対の軸部６０ａ，６０ｂの各々の中心軸線は第２軸線ＡＸ２と一致している。一対の軸部６０ａ，６０ｂは、チャンバ本体１２の外側まで延びている。軸部６０ａは、チャンバ本体１２の外側において、回転駆動装置に結合されている。この回転駆動装置は、載置台１４を第２軸線ＡＸ２を中心に回転させる動力を発生する。
軸部６０ｂの内孔には、種々の電気系統用の配線、伝熱ガス用の配管、及び、冷媒用の配管が通されている。これらの配線及び配管は、軸部４６に接続されている。
軸部４６は、柱状部４６ａ、第１筒状部４６ｂ、第２筒状部４６ｃ、及び、第３筒状部４６ｄを有している。柱状部４６ａは、略円柱形状を有しており、第１軸線ＡＸ１上で延在している。柱状部４６ａは、静電チャック４２の電極膜に電圧を印加するための配線を構成している。柱状部４６ａは、ロータリーコネクタ５４のスリップリングを介して配線６１に接続されている。配線６１は、載置台１４の内部空間から軸部６０ｂの内孔を通って、チャンバ本体１２の外部まで延びている。この配線６１は、チャンバ本体１２の外部においてスイッチを介して電源９１（図７参照）に接続されている。
第１筒状部４６ｂは、柱状部４６ａの外側において当該柱状部４６ａと同軸に設けられている。第１筒状部４６ｂは、下部電極４４に変調直流電圧又は高周波バイアス電力を供給するための配線を構成している。第１筒状部４６ｂは、ロータリーコネクタ５４の別のスリップリングを介して配線６２に接続されている。配線６２は、載置台１４の内部空間から軸部６０ｂの内孔を通って、チャンバ本体１２の外部まで延びている。この配線６２は、チャンバ本体１２の外部においてバイアス電力供給部９０の第１電源９０ａ及び第２電源９０ｂに接続されている。なお、第２電源９０ｂは、チャンバ本体１２の外部に設けられたインピーダンスマッチング用の整合器を介して第１筒状部４６ｂに接続される。
第２筒状部４６ｃは、第１筒状部４６ｂの外側において当該第１筒状部４６ｂと同軸に設けられている。一実施形態では、ロータリーコネクタ５４内には軸受５５が設けられており。軸受５５は第２筒状部４６ｃの外周面に沿って延在している。軸受５５は、第２筒状部４６ｃを介して軸部４６を支持している。第２筒状部４６ｃには、伝熱ガス供給用のガスラインが形成されている。このガスラインは、スイベルジョイントといった回転継手を介して配管６３に接続されている。配管６３は、載置台１４の内部空間から軸部６０ｂの内孔を通って、チャンバ本体１２の外部まで延びている。この配管６３は、チャンバ本体１２の外部において伝熱ガスのソース９２（図７参照）に接続されている。
第３筒状部４６ｄは、第２筒状部４６ｃの外側において当該第２筒状部４６ｃと同軸に設けられている。この第３筒状部４６ｄには、流路４４ｆに冷媒を供給するための供給ライン、及び、流路４４ｆに供給された冷媒を回収するための回収ラインが形成されている。供給ラインは、スイベルジョイントといった回転継手７０を介して配管７２に接続されている。また、回収ラインは回転継手７０を介して配管７４に接続されている。配管７２及び配管７４は、載置台１４の内部空間から軸部６０ｂの内孔を通って、チャンバ本体１２の外部まで延びている。そして、配管７２及び配管７４は、チャンバ本体１２の外部においてチラーユニット９３（図７参照）に接続されている。
図１０に示すように、載置台１４の内部空間には、回転モータ７８が設けられている。回転モータ７８は、軸部４６を回転させるための動力を発生する。一実施形態では、回転モータ７８は、軸部４６の側方に設けられている。この回転モータ７８は、軸部４６に取り付けられたプーリ８０に伝導ベルト８２を介して連結されている。回転モータ７８の回転駆動力が軸部４６に伝達されると、保持部４０は第１軸線ＡＸ１中心に回転する。なお、回転モータ７８に電力を供給するための配線は、軸部６０ｂの内孔を通ってチャンバ本体１２の外部まで引き出され、チャンバ本体１２の外部に設けられたモータ用電源に接続される。
上述したように、載置台１４は、大気圧に設定される内部空間を提供しており、当該内部空間には多様な機構を収容するように構成されている。また、載置台１４は、その内部空間に収容した機構とチャンバ本体１２の外部に設けた電源、ガスソース、チラーユニット等の装置とを接続するための配線又は配管をチャンバ本体１２の外部まで引き出すことが可能であるように構成されている。なお、上述した配線及び配管に加えて、チャンバ本体１２の外部に設けられたヒータ電源と静電チャック４２に設けられたヒータとを接続する配線が、載置台１４の内部空間からチャンバ本体１２の外部まで軸部６０ｂの内孔を介して引き出されていてもよい。
この処理装置１０は、方法ＭＴの工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４を単一のチャンバ本体１２の内部にて実行することが可能である。工程ＳＴ１の実行時には、基板１００が載置台１４の保持部４０によって保持される。また、第１軸線ＡＸ１が中心軸線ＡＸＣに一致するように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が設定される（図７参照）。これにより、基板１００の中心軸線ＣＸが中心軸線ＡＸＣ上に配置され、基板１００が第１空間Ｓ１に面する状態が形成される。また、載置台１４の保持部４０が第１軸線ＡＸ１を中心に回転される。そして、シャッタ２６の開口２６ａをターゲット１８ｂと載置台１４との間に介在させるよう、中心軸線ＡＸＣに対して周方向のシャッタ２６の角度位置が設定される。また、ガス供給部１３からのガスがチャンバ１２ｃに供給され、排気装置１５によってチャンバ１２ｃの圧力が減圧される。さらに、電源２０ｂからターゲットホルダ１６ｂに電圧が印加される。これにより、ターゲット１８ｂの周囲でガスのプラズマが生成され、プラズマ中のイオンがターゲット１８ｂに引き込まれる。ターゲット１８ｂにイオンが衝突すると、ターゲット１８ｂを構成する物質が当該ターゲット１８ｂから放出され、基板１００上に堆積する。その結果、基板１００上にバリア層１０２が形成される。
工程ＳＴ２の実行時には、工程ＳＴ１に引き続き基板１００が保持部４０によって保持される。即ち、被加工物Ｗ１が保持部４０によって保持される。また、第１軸線ＡＸ１が中心軸線ＡＸＣに対して傾斜するように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が設定される（図８参照）。これにより、被加工物Ｗ１が第２空間Ｓ２に面する状態が形成される。なお、工程ＳＴ２の実行時には、イオンの照射方向（図８においては−Ｘ方向）に対して第１軸線ＡＸ１が傾斜するように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が設定される。これにより、被加工物Ｗ１の中心軸線ＣＸがイオンの照射方向に対して傾斜する。また、載置台１４の保持部４０が第１軸線ＡＸ１を中心に回転される。また、ガス供給部１３からのガスがチャンバ１２ｃに供給され、排気装置１５によってチャンバ１２ｃの圧力が減圧される。また、高周波電源３２からの高周波がアンテナ３０に供給される。これにより、第２空間Ｓ２においてガスが励起されプラズマが生成される。さらに、バイアス電力供給部９０からの変調直流電圧又はバイアス用の高周波が下部電極４４に供給される。これにより、プラズマ中のイオンが被加工物Ｗ１に引き込まれる。その結果、角部１００ｓ上に形成されたバリア層１０２の厚さが局所的に減少するよう、バリア層１０２がエッチングされる。
工程ＳＴ３の実行時には、工程ＳＴ２に引き続き基板１００が保持部４０によって保持される。即ち、被加工物Ｗ２が保持部４０によって保持される。また、第１軸線ＡＸ１が中心軸線ＡＸＣに一致するように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が設定される（図７参照）。これにより、被加工物Ｗ２の中心軸線ＣＸが中心軸線ＡＸＣ上に配置され、被加工物Ｗ２が第１空間Ｓ１に面する状態が形成される。また、載置台１４の保持部４０が第１軸線ＡＸ１を中心に回転される。そして、シャッタ２６の開口２６ａをターゲット１８ａと載置台１４との間に介在させるよう、中心軸線ＡＸＣに対して周方向のシャッタ２６の角度位置が設定される。また、ガス供給部１３からのガスがチャンバ１２ｃに供給され、排気装置１５によってチャンバ１２ｃの圧力が減圧される。さらに、電源２０ａからターゲットホルダ１６ａに電圧が印加される。これにより、ターゲット１８ａの周囲でガスのプラズマが生成され、プラズマ中のイオンがターゲット１８ａに引き込まれる。ターゲット１８ａにイオンが衝突すると、ターゲット１８ａを構成する物質（即ち、銅）が当該ターゲット１８ａから放出され、被加工物Ｗ２上に堆積する。その結果、被加工物Ｗ２上にシード層１０４が形成されて、被加工物Ｗ３が作成される。
工程ＳＴ４の実行時には、工程ＳＴ３に引き続き基板１００が保持部４０によって保持される。即ち、被加工物Ｗ３が保持部４０によって保持される。また、第１軸線ＡＸ１が中心軸線ＡＸＣに対して傾斜するように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が設定される（図８参照）。これにより、被加工物Ｗ３が第２空間Ｓ２に面する状態が形成される。なお、工程ＳＴ４の実行時には、イオンの照射方向（図８においては−Ｘ方向）に対して第１軸線ＡＸ１が傾斜するように、第２軸線ＡＸ２に対して周方向の載置台１４の角度位置が設定される。これにより、被加工物Ｗ３の中心軸線ＣＸがイオンの照射方向に対して傾斜する。また、載置台１４の保持部４０が第１軸線ＡＸ１を中心に回転される。また、ガス供給部１３からのガスがチャンバ１２ｃに供給され、排気装置１５によってチャンバ１２ｃの圧力が減圧される。また、高周波電源３２からの高周波がアンテナ３０に供給される。これにより、第２空間Ｓ２においてガスが励起されプラズマが生成される。さらに、バイアス電力供給部９０からの変調直流電圧又はバイアス用の高周波が下部電極４４に供給される。これにより、プラズマ中のイオンが被加工物Ｗ３に引き込まれる。その結果、角部１００ｓ上に形成されたシード層１０４の厚さが局所的に減少するよう、シード層１０４がエッチングされる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法ＭＴは、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４のうち一方のみを含んでいてもよい。
また、上述した処理装置１０のプラズマ生成部は、誘導結合型のプラズマ生成部であるが、処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ生成部に代えて、容量結合型のプラズマ生成部、或いは、マイクロ波といった表面波を用いるプラズマ生成部を備えていてもよい。
１０…処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｃ…チャンバ、Ｓ１…第１空間、Ｓ２…第２空間、ＡＸＣ…中心軸線、１３…ガス供給部、１４…載置台、１５…排気装置、１６ａ，１６ｂ…ターゲットホルダ、１８ａ，１８ｂ…ターゲット、２０ａ，２０ｂ…電源、２６…シャッタ、２８…窓部材、３０…アンテナ、３２…高周波電源、３５…隔壁、４０…保持部、ＡＸ１…第１軸線、４２…静電チャック、４４…下部電極、４６…軸部、５０…容器、６０ａ，６０ｂ…軸部、ＡＸ２…第２軸線、９０…バイアス電力供給部、１００…基板、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４…被加工物、ＣＸ…中心軸線、１００ｒ…凹部、１０２…バリア層、１０４…シード層。

Claims (5)

  1. 基板に形成された凹部に銅配線を形成するための前処理を行う方法であって、
    前記凹部を画成する前記基板の表面にバリア層を形成する工程と、
    前記バリア層上にシード層を形成する工程と、
    を含み、
    該方法は、
    前記バリア層をエッチングする工程及び前記シード層をエッチングする工程のうち少なくとも一方を更に含み、
    前記バリア層をエッチングする前記工程及び前記シード層をエッチングする前記工程のうち前記少なくとも一方において、前記凹部の開口を画成する前記基板の角部上に形成された前記バリア層又は前記シード層を優先的にエッチングするためにイオンの照射方向に対して前記基板が傾斜され且つ該基板が回転され、
    該方法は、処理装置のチャンバ本体内に設けられた載置台の保持部によって前記基板が保持された状態で実行され、
    前記チャンバ本体によって提供されるチャンバは、成膜用の第１空間及びエッチング用の第２空間を有し、
    前記保持部は、その中心軸線である第１軸線を中心に回転可能に構成されており、前記載置台は、該第１軸線に直交する第２軸線を中心に回転可能に構成されており、
    バリア層を形成する前記工程及びシード層を形成する前記工程の実行中に前記基板が前記第１空間に面するように、前記第２軸線に対して周方向の前記載置台の角度位置が設定され、
    前記バリア層をエッチングする前記工程及び前記シード層をエッチングする前記工程のうち前記少なくとも一方の実行中に、前記基板が前記第２空間に面するように、前記第２軸線に対して周方向の前記載置台の角度位置が、バリア層を形成する前記工程及びシード層を形成する前記工程の実行中の前記載置台の前記角度位置と異なる角度位置に設定され、且つ、前記第１軸線を中心に前記基板を回転させるように、前記保持部が前記第１軸線を中心に回転される、
    方法。
  2. 前記バリア層をエッチングする前記工程及び前記シード層をエッチングする前記工程の双方を含み、
    前記バリア層をエッチングする前記工程及び前記シード層をエッチングする前記工程の双方において、前記第１軸線が前記イオンの照射方向に対して傾斜するよう前記載置台が傾斜される、
    請求項１に記載の方法。
  3. 基板を保持する保持部を有する載置台であり、前記保持部の中心軸線である第１軸線を中心に該保持部が回転可能であり、且つ、該第１軸線に直交する第２軸線を中心に回転可能に構成された、該載置台と、
    前記第２軸線に対して周方向に並ぶ成膜用の第１空間及びエッチング用の第２空間を含み、その中に前記載置台を収容したチャンバを提供するチャンバ本体と、
    を備え、
    前記保持部によって保持された前記基板に対する成膜の実行中に、前記基板が前記第１空間に面するように、前記第２軸線に対して周方向の前記載置台の角度位置が設定され、
    前記保持部によって保持された前記基板に対する成膜の実行中に、前記基板が前記第２空間に面するように、前記第２軸線に対して周方向の前記載置台の角度位置が、前記成膜の実行中の前記載置台の前記角度位置と異なる角度位置に設定され、且つ、前記第１軸線を中心に前記基板を回転させるように、前記保持部が前記第１軸線を中心に回転される、
    処理装置。
  4. 前記第１空間と前記第２空間との間に介在する隔壁を更に備える、請求項３に記載の処理装置。
  5. 前記第１空間に配置される成膜用のターゲットを保持するターゲットホルダと、
    前記第２空間に供給されるガスを励起させるプラズマ生成部と、
    を更に備える請求項３又は４に記載の処理装置。
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