JP6839705B2 - 基板処理装置および方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、一般に、基板処理システムに関し、より具体的には、プラズマ強化基板処理システムに関する。

従来の化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、および他の技法は、基板に形成されたコンタクトホール、ビア、トレンチ、または他のパターンに導電性材料を堆積させるために使用される。フィーチャ内の自然またはプロセス生成酸化物および他の汚染物質の存在により、しばしば、堆積金属の不均一な分布を助長することによるボイドがもたらされることがある。残留酸化物は、一般に、露出した膜層／基板を酸素にさらした結果として、またはウエハ処理の副産物として生じる。酸素曝露は、例えば、大気条件において基板を処理チャンバ間で移動させるときに、または真空チャンバに残っている少量の酸素が基板／膜層に接触するときに、または層がエッチングによって汚染されるときに、またはマスク取出しの間の酸素曝露で生じることがある。基板に形成されたフィーチャ内の他の欠陥は、酸化物オーバエッチングからのスパッタされた材料、ストリッピングプロセスからの残留フォトレジスト、以前の酸化物エッチングプロセスからの残存炭化水素またはフッ素化炭化水素ポリマー、あるいは前洗浄スパッタエッチングプロセスからの再堆積材料であり得る。自然酸化物および他の欠陥は、接触抵抗を増加させる基板上の領域を作り出す。

自然またはプロセス生成酸化物および他の欠陥の存在は、ビア／接触抵抗を増加させることがある。欠陥はフィーチャ内の薄い境界領域に制限され得るが、薄い境界領域でさえ、小さいフィーチャの本質的部分を形成し得る。フィーチャの欠陥の許容レベルは、フィーチャの幅が小さくなるにつれて減少する。

共振器インダクタ回路を利用するプラズマ前洗浄チャンバなどの基板処理システムは、他のプロセスの前または後に基板を洗浄するために使用することができる。しかしながら、現在の固定位置共振器インダクタ回路は所与の構成では単一の位置にしか同調できないことに発明者等は気付いた。

したがって、発明者等は、改善した基板処理システムの実施形態を提供した。

基板を処理するための装置および方法が本明細書で開示される。いくつかの実施形態では、基板処理システムは、基板を受け取るための内部容積部を画定し、プラズマ形成ゾーン、内部容積部内に位置づけられた基板支持体、プラズマ形成ゾーンに隣接して配設された共振器コイル、および共振器コイルの長さを変えるように構成された共振インダクタ同調回路を有するプロセスチャンバを含む。

いくつかの実施形態では、基板処理システムは、基板を受け取るための内部容積部を画定し、プラズマ形成ゾーンを有するプロセスチャンバと、内部容積部内に位置づけられた基板支持体と、プラズマ形成ゾーンに隣接して配設された共振器コイルと、共振器コイルの長さを変更するように構成された共振インダクタ同調回路とを含む。

他の実施形態では、基板処理システムを動作させる方法は、処理チャンバの内部容積部内に配設された基板支持体に基板を移送するステップであって、内部容積部がプラズマ形成ゾーンを有する、移送するステップと、プラズマ形成ゾーンに隣接して配設された共振器コイルに沿った複数のＲＦ給電点のうちの第１のＲＦ給電点を選択するように共振インダクタ同調回路を動作させるステップとを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、共振器コイルに沿った第２のＲＦ給電点を選択するように共振インダクタ同調回路を動作させるステップをさらに含む。

本開示の他のおよびさらなる実施形態を以下で説明する。

上述で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、それゆえに、本開示が他の同等に効果的な実施形態を認めることができるので範囲の限定と見なすべきでない。

本開示のいくつかの実施形態による共振インダクタ同調回路を利用する基板処理システムの概略図である。 本開示の実施形態によるＲＦ給電点の変更を実施するための制御回路概略図である。

理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指定するのに、可能ならば、同一の参照番号が使用されている。図は縮尺通りに描かれておらず、明瞭にするために簡単化されていることがある。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳説なしに他の実施形態に有益に組み込むことができる。

基板を処理するための装置が本明細書で開示される。本発明の装置の実施形態は、装置に配設された基板を洗浄するために使用されるプラズマにおける２つの不一致なガスに動的に適合することができる。例えば、２つのガス処理は、レベル間誘電体（ＩＬＤ）基板を損傷することなく、エッチング残留物、酸化物などのような自然またはプロセス生成酸化物および他の欠陥を除去するのに有利に使用することができる。本発明の装置の実施形態を利用して、例えば、マスク／誘電体エッチング処理の間にＩＬＤの下に露出された低接触抵抗材料を有する基板などの、欠陥を有する好適な基板を洗浄することができる。例えば、基板を本発明の装置で洗浄して、エッチング残留物、自然またはプロセス生成酸化物、および他の欠陥などを除去し、それによって、ミドルエンドオブライン（ＭＥＯＬ）処理の間に金属表面を露出させて、金属相互接続構造を形成することができる。

図１は、本開示のいくつかの実施形態による真空処理チャンバ（例えば、チャンバ１１１）および共振インダクタ同調回路１４０を利用する基板処理システム（例えば、システム１００）の概略図を示す。処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＰｒｅｃｌｅａｎ ＸＴチャンバとすることができる。一実施形態では、チャンバ１１１は、側壁１１４を有するベース部材１１２によって形成され、ステンレス鋼、アルミニウムなどのような金属構造で製作することができる。ベース部材１１２の開口１１５は、サーボ制御スロットルバルブ１１３と、チャンバ１１１の内部のガス圧力を制御するために使用されるターボポンプ１１６とに接続される。サーボ制御スロットルバルブ１１３は、特定の圧力へのサーボ制御を可能にするために自動化されている。

実施形態において、例えば石英で構成された誘電体ドーム１１７が、チャンバ１１１の上部を形成し、誘電体ドーム１１７は、ベース部材１１２の側壁１１４の上部周囲と対合する周囲のまわりにフランジ１１８を備える。一実施形態では、ガス分配システム１１９が、誘電体ドーム１１７と側壁１１４との接合部に設けられる。金属の側壁部材１１４の上面は、その中に機械処理されたガス供給トレンチ１３７を有し、１つまたは複数のガス源から延びる図示していない６個から１２個の等間隔（角度的に）に配設されたチャネル（入口）が、複数のガス注入孔（図示せず）を形成するためにトレンチと交差する。

いくつかの実施形態では、ガス分配システム１１９は、一般にマスフローコントローラ１３６によって計量されるＡｒ、Ｈｅ、およびＨ₂ガスを供給することができる。純粋な水素は、さらに、水素の安全な送出のためにガス閉込めボックスを介して供給されてもよい。基板支持体１２２が、チャンバ１１１の内部容積部内に位置づけられ、基板（図示せず）を保持するように配置される。一実施形態では、基板支持体１２２は、導電性部分１２０の側面および底部を囲む石英本体１２１を有する。基板支持体１２２の導電性部分１２０と基板支持体に移送される任意の基板との間に絶縁層１２９を置くことができる。

ＲＦ電源１３４からのＲＦ電力を、基板支持体１２２の導電性部分１２０に容量的に印加することができる。ＲＦマッチボックス１３５が、ＲＦ電源１３４と基板支持体１２２との間の電力移送を最適化するようにチャンバインピーダンスを調節する。典型的なＲＦ周波数は、約１０Ｗから約１０００Ｗの電力レベルにおいて約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚである。

チャンバ１１１の内部容積部内のプラズマ生成ゾーンを囲むように誘電体ドーム１１７の外側に螺旋状に巻かれ、カバー１２７によって支持される共振器コイル１２５に通電することによって、追加の電力がプラズマに誘導的に供給される。交番軸方向電磁界が、共振器コイル１２５の巻線の内部のチャンバ１１１の内部容積部にもたらされる。一般に、２００ｋＨｚと１６ＭＨｚとの間のＲＦ周波数が採用される。２ＭＨｚの周波数が一般的である。一実施形態では、そのような周波数で動作するＲＦ電源１３２が、共振インダクタ同調回路１４０を介して、給電点ＦＰ１およびＦＰ２としての複数の選択可能なＲＦ給電点（給電点位置）のうちの１つにおいて共振器コイル１２５に結合される。代替の実施形態では、ＲＦ給電点位置を同じままとすることができ、一方、共振器コイル１２５が接地される位置を変更することができる。ＲＦ給電点位置の変更によるか接地点位置の変更によるかにかかわらず、共振器コイル１２５の実効長は、以前のＲＦ給電点または接地点が適していたものと異なるプロセスガスおよび／または圧力領域に適する条件を達成するように容易にかつ簡単に変更することができる。

図２は、本開示の実施形態による共振コイル長の変更を実施する（例えば、ＲＦ給電点の変更を介して）ための制御回路概略図を示す。図２の実施形態において、第１のＲＦ給電点ＦＰ１は、共振器コイル１２５に沿った第１の位置に配設される。従来の固定位置共振回路は、例えば、プラズマガス成分、チャンバ１１１内で維持されるべき圧力、およびＲＦ電源１３２の周波数を含むことができる基板処理条件の特定の組に対して選択された単一のＲＦ給電点位置（給電点ＦＰ１などの）に手動で同調された。本明細書の発明者等は、手動同調が多数のガス（または混合ガス）の組合せおよび／またはチャンバ加圧の使用を妨げていることに気付いた。本開示のいくつかの実施形態によれば、多数のそのような組合せは、ＲＦ給電点の位置を例えばＦＰ１のような第１のＲＦ給電点位置から第２のＲＦ給電点位置に変えることによって可能になる。一実施形態では、新しい給電点の選択は、２極双投真空リレー（例えば、図２のリレー１４４）とすることができるソフトウェア制御リレーによって実施される。

図２で分かるように、１つまたは複数の実施形態による共振インダクタ同調回路１４０は、少なくとも２つの常閉接点と２つの常開接点とを有する２極双投真空リレー（リレー１４４）を含む。見やすくするために、これらの接点は、それぞれ一般的に１４２−１および１４２−２で示した１対の２極双投スイッチとして表されている。スイッチ１４２−１はＲＦ電源１３２に共通端子Ｔ１によって接続され、一方、端子Ｔ２はＲＦ給電点位置ＦＰ１に結合される。図２の実施形態において、リレー１４４を非通電にすることにより、スイッチ１４２−１の状態は、ＲＦ電源１３２から受け取る電力がもはやＲＦ給電点位置ＦＰ１に端子Ｔ２を介して供給されないような状態に変わる。代わりに、共通端子Ｔ１と端子Ｔ３との間の電気接続が行われる。端子Ｔ３は、ＲＦ給電点ＦＰ２に電気的に結合される。

代替の実施形態では、単一のＲＦ給電点が利用され、リレー１４４のスイッチ１４２−１は、代わりに、共振器コイル１２５に沿った第１の接地点（図示せず）と、共振器コイル１２５に沿って配設された第２の接地点との間をトグルで切り換えるために使用される。そのような構成は、共振器コイル１２５を有効に長くするかまたは短くし、本明細書において発明者等が意図するような処理領域の変更に適合するように使用することができる。

図２を引き続き参照すると、コントローラ１５０は、少なくとも１つのプロセッサ、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）１５２、メモリ１５４、およびＣＰＵ１５２のための支援回路１５６などを含む。コントローラ１５０は、システム１００の構成要素の制御、それゆえ、システム１００において基板を処理する方法を容易にする。いくつかの実施形態において、メモリ１５４は、共振インダクタ同調回路１４０の動作を制御するために少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令を含む。一実施形態において、メモリ１５４に存在する命令を実行することによってリレー１４４を制御して、スイッチ１４２−１を開き、それにより、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間になされている第１のコンタクトを開にし、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間の第２のコンタクトを閉にする。

いくつかの実施形態では、リレー１４４が通電されると、スイッチ１４２−１および１４２−２は一致して閉じ、リレー１４４が非通電にされると、スイッチは一致して開く。スイッチ１４２−１およびスイッチ１４２−２のそのような同期した開閉は、スイッチ１４２−１の作動状態を確認するためにコントローラ１５０によって有利に利用され得る。すなわち、スイッチ１４２−１が、図２に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間で接続される場合、スイッチ１４２−２は、同様に、端子Ｔ４と端子Ｔ５との間で接続される。逆に、スイッチ１４２−１が端子Ｔ１と端子Ｔ３との間で接続される場合、スイッチ１４２−２は、同様に、端子Ｔ４と端子Ｔ６との間で接続される。端子Ｔ５および端子Ｔ６をコントローラ１５０に適切に接続することによって、コントローラ１５０は、混合ガスおよび／またはチャンバ加圧などの任意の処理パラメータを変更するための前提条件として共振インダクタ同調回路１４０（図１）の状態を検証することができる。

いくつかの実施形態では、メモリ１５４に格納され、ＣＰＵ１５２によって実行可能な命令により、電流はＣＰＵ１５２のピン４とピン２３との間を流れるのを停止し、それにより、リレー１４４は非通電にされ、スイッチ１４２−１は、ＲＦ電源１３２とＲＦ給電点ＦＰ１との間の常閉接続（例えば、第１のコンタクト）を開き、ＲＦ電源１３２とＲＦ給電点ＦＰ２との間の常開接続（例えば、第２のコンタクト）を閉じる。

他の実施形態では、メモリ１５４に格納され、ＣＰＵ１５２によって実行可能な命令により、電流はＣＰＵ１５２のピン４とピン２３との間を流れるのを開始し、それにより、リレー１４４は通電され、スイッチ１４２−１は、ＲＦ電源１３２とＲＦ給電点ＦＰ１との間の常閉接続（例えば、第１のコンタクト）を開き、ＲＦ電源１３２とＲＦ給電点ＦＰ２との間の常開接続（例えば、第２のコンタクト）を閉じる。

コントローラ１５０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために工業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサとすることができる。ＣＰＵ１５２のメモリ１５４またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、あるいは他の形態のローカルまたはリモートのデジタルストレージなどの容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数とすることができる。支援回路１５６は、従来のようにプロセッサをサポートするためにＣＰＵ１５２に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、およびサブシステムなどを含む。メモリ１５４は、本明細書で説明するようにシステム１００の動作を制御するために実行または呼び出され得るソフトウェア（ソースまたはオブジェクトコード）を格納する。ソフトウェアルーチンは、さらに、ＣＰＵ１５２によって制御されるハードウェアから遠隔に配置されている第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。

実施形態、ＣＰＵ１５２において、それぞれ端子Ｔ６および端子Ｔ５への接続を介してそれぞれピン１５およびピン１７においてアサートまたはデアサートされた入力情報は、ＣＰＵ１５２によってリレー１４４に命令されたＲＦ給電点の変更が実施されたかどうかを決定するために、メモリ１５４に存在しＣＰＵ１５２によって実行可能な命令によって処理される。いくつかの実施形態では、メモリ１５４に格納されＣＰＵ１５２によって実行される命令は、ＲＦ給電点の変更が実施され検証された後、１つまたは複数のプロセス条件を変更するようにさらに動作する。例えば、一実施形態では、メモリ１５４に格納された命令は、プラズマ形成ゾーンに既に存在する混合ガスの変更、プラズマ形成ゾーンに今までに存在していない新しいガスまたは混合ガスの導入、あるいは内部容積部内の加圧の変更のうちの少なくとも１つを開始するために、少なくとも１つのプロセッサ（例えば、ＣＰＵ１５２）によってさらに実行可能である。

動作の一例では、基板は基板支持体１２２に位置づけられ、システム１００は真空処理環境を用意するために排気される。処理ガスは、ガス入口から導入され、ガス供給トレンチ１３７を介してチャンバ１１１に入る。反応を活性化するために、処理ガスのプラズマが、誘導結合および／または容量結合によって処理領域に生成される。初期プラズマは、給電点ＦＰ１を介して共振器コイル１２５に電力を印加することによって、誘導結合および／または容量結合により生成することができる。減少反応期間の間、共振器コイル１２５は、処理領域のプラズマを誘導的に維持するために約１００ＫＨｚと約６０ＭＨｚとの間で約０．００３２Ｗ／ｃｍ²と約３．２Ｗ／ｃｍ²との間でバイアスをかけることができ、一方、基板支持体１２２は、プラズマを容量的に維持するために約０Ｗ／ｃｍ²と約０．３２Ｗ／ｃｍ²との間でバイアスをかけられる。代替として、減少反応期間の間、処理領域のプラズマは、ただ共振器コイル１２５だけで維持することができる。処理領域内のプラズマは、処理の間、誘導結合のみ、容量結合のみ、または誘導結合と容量結合の両方の組合せによって励起され維持され得る。代替として、２００ｍｍ基板に対して約１Ｗと約１００Ｗとの間のＲＦ電力レベルに対応する約０．００３２Ｗ／ｃｍ²と約０．３２Ｗ／ｃｍ²との間で、および約１００ＫＨｚと約１００ＭＨｚとの間で、約３秒間基板支持体１２２にバイアスをかけることによって、初期プラズマを点火することができる。

チャンバ圧力は、最初に、サーボ制御スロットルバルブ１１３を部分的に閉じた状態に設定することによって処理圧力まで増加させることができる。処理の間、チャンバ圧力は、サーボ制御スロットルバルブ１１３の開閉状態を制御することによって約１ｍＴｏｒｒと約１００ｍＴｏｒｒとの間に維持することができる。オプションとして、処理中の基板の温度は、基板支持体１２２内のヒータによって制御される。

いくつかの実施形態によれば、上述の初期処理の後に異なる混合ガスおよび／または異なる圧力領域が続く。コントローラ１５０は、スイッチ１４２−１の常閉接点を開きスイッチ１４２−１の常開接点を閉じるようにリレー１４４に命じる。こうして、ＲＦ給電点はＦＰ１からＦＰ２に変わる。説明のための例として、第１の基板プロセスの間チャンバ１１１内に形成される初期プラズマは、第１の圧力Ｐ１に維持されたアルゴンガス、ヘリウムガス、および水素ガスの混合ガスであり、ＲＦ電力がＲＦ給電点ＦＰ１で供給されている間実行される。第２の基板プロセスの間、アルゴンガス、ヘリウムガス、および水素ガスの混合ガスから形成されるプラズマは、ＲＦ電力が給電点ＦＰ２に供給されチャンバ１１１の圧力が第２の圧力Ｐ２に維持されている間、チャンバ１１１内に形成される。その後、基板は、処理チャンバから移送することができる。

本開示のいくつかの実施形態による基板処理システムを動作させる方法は、処理チャンバの内部容積部内に配設された基板支持体に基板を移送するステップであって、内部容積部がプラズマ形成ゾーンを有する、移送するステップと、プラズマ形成ゾーンに隣接して配設された共振器コイルに沿った複数のＲＦ給電点のうちの第１のＲＦ給電点にＲＦ電源を結合させるために共振インダクタ同調回路を動作させるステップとを含む。いくつかの実施形態では、プラズマは、共振インダクタ同調回路がＲＦ電力を第１のＲＦ給電点に結合させるように動作している間、処理チャンバ内で第１のガスまたは第１のガスの混合物から形成される。いくつかの実施形態では、共振インダクタ同調回路は、さらに、共振器コイルに沿った第２のＲＦ給電点にＲＦ電源を結合させるように動作し、第２のガスまたは第２のガスの混合物のプラズマが、処理チャンバ内で第１のガスまたは第１のガスの混合物のプラズマに取って代わる。

実施形態において、基板を前洗浄する方法は、処理チャンバの内部容積部内に配設された基板支持体に基板を移送するステップであって、内部容積部がプラズマ形成ゾーンを有する、移送するステップと、インダクタコイルに沿った複数のＲＦ給電点のうちの第１のＲＦ給電点にＲＦ電源を結合させるために共振インダクタ同調回路を動作させることによって処理チャンバ内に第１のプラズマを生成するステップと、基板をプラズマ形成ゾーンから取り出すことなしに、複数のＲＦ給電点のうちの第２のＲＦ給電点にＲＦ電源を結合させるために共振インダクタ同調回路を動作させることによって第２のプラズマを生成するステップとを含む。ＲＦ給電点の位置を変更することによって、例えば、基板を異なるチャンバに移送する必要なしに、またはＲＦ電源の手動再同調を待つ（すなわち、第２の処理ガスまたは混合ガスの特性に適合させる）必要なしに、基板は、単一の処理（例えば、洗浄）方策の一部として異なるガスおよび／または混合ガスから生成されたプラズマにさらすことができる。

このように、基板を処理するための改善された装置が本明細書において提供された。本発明の装置の実施形態は、基板の表面またはその上に配設された材料への自然またはプロセス生成酸化物および他の欠陥の低減を用いて装置に配設された基板を洗浄するために使用されるプラズマにおける２つのガス処理に有利に提供することができる。前述は本開示の実施形態に関するが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が本開示の範囲から逸脱することなく考案され得る。

Claims (7)

1. 基板処理システムを動作させる方法であって、
   処理チャンバの内部容積部内に配設された基板支持体に基板を移送するステップであり、前記内部容積部がプラズマ形成ゾーンを有する、移送するステップと、
   前記プラズマ形成ゾーンに隣接して配設された共振器コイルに沿った複数のＲＦ給電点のうちの第１のＲＦ給電点にＲＦ電源を結合させるように共振インダクタ同調回路を動作させることによって、前記処理チャンバ内に第１のガスまたは第１のガスの混合物のプラズマを形成するステップと、
   前記共振コイルに沿った前記複数のＲＦ給電点のうちの第２のＲＦ給電点に前記ＲＦ電源を結合させるように前記共振インダクタ同調回路を動作させることによって、前記処理チャンバ内に第２のガスまたは第２のガスの混合物のプラズマを形成するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記動作させることが、
   前記第１のＲＦ給電点に結合しているＲＦ電力を取り除くために、前記ＲＦ電源と、前記共振器コイルに沿った前記第１のＲＦ給電点との間で電気的に結合された第１の接点を開くステップと、
   前記第２のＲＦ給電点に結合しているＲＦ電力を供給するために、前記ＲＦ電源と、前記共振器コイルに沿った前記第２のＲＦ給電点との間で電気的に結合される第２の接点を閉じるステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２のガスまたは前記第２のガスの混合物が前記第１のガスまたは前記第１のガスの混合物と異なるか、あるいは前記第１のガスまたは前記第１のガスの混合物からの前記プラズマが形成される間の前記処理チャンバ内の第１の圧力が、前記第２のガスまたは前記第２のガスの混合物からの前記プラズマが形成される間の前記処理チャンバ内の第２の圧力と異なる、請求項１に記載の方法。
4. 前記基板の少なくとも第１の部分を、前記第１のガスまたは前記第１のガスの混合物から形成されたプラズマにさらすステップ
   をさらに含む、請求項１から３までのいずれかに記載の方法。
5. 前記第１の部分をさらすステップが、自然酸化物、プロセス生成酸化物、またはエッチング残留物のうちの少なくとも１つを前記第１の部分から除去するのに有効な期間と圧力および温度の条件下とで実行される、請求項４に記載の方法。
6. 前記基板の前記第１の部分または第２の部分の少なくとも一方を、第２のガスまたは第２のガスの混合物から形成されたプラズマにさらすステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. プラズマに前記第１の部分または前記第２の部分の少なくとも一方をさらすステップが、自然酸化物、プロセス生成酸化物、またはエッチング残留物のうちの少なくとも１つを除去するのに有効な期間と圧力および温度の条件下とで実行される、請求項６に記載の方法。

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