JPWO2017029961A1 - 基板処理方法、および、基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、消費電力当たりの酸化膜の還元速度を高めることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。
この方法によれば、活性種の失活を抑えられるとともに、プラズマ中の酸素が基板に残ることを抑えることが可能となる。
この方法によれば、活性種の失活を抑えられるとともに、プラズマ中の窒素が基板に残ることを抑えることが可能となる。
[基板処理装置の構成]
図1を参照して基板処理装置の構成を説明する。
収容部11は、プラズマ生成室21に接続されるプラズマ供給口を含む。収容部11内において、このプラズマ供給口と対向する位置には、拡散部14が配置されている。プラズマ生成室21から収容部11に供給されたプラズマは、拡散部14と衝突することによって、収容部11内においてプラズマ供給口の径方向に拡散する。
制御部30は、例えば、高周波電源23の駆動を制御することによってプラズマ供給部12の駆動を制御する。例えば、制御部30は、高周波電源23からプラズマ源22に高周波電力を供給するタイミング、および高周波電源23が供給する電力の大きさなどを制御する。
上述した基板処理装置にて実施される基板処理方法を説明する。
基板処理方法では、まず、水素ガスの流量に対する添加ガスの流量の比である流量比が1/500以上となるように添加ガスと水素ガスとを混合することによって混合ガスを生成する。その後、混合ガス、または混合ガスと希ガスとを組み合わせたガスからプラズマを生成する。そして、基板S上に形成された酸化膜にプラズマを適用することによって、酸化膜を還元する。基板Sがプラズマ処理されるとき、基板Sは加熱されていてもよい。例えば、基板Sがプラズマ処理されるときの基板Sの温度は50℃以上であり、150℃以上であることが好ましい。基板Sがプラズマ処理されるときの基板Sの温度の上限値は特に制限されないが、上限値は、基板Sを保護することができる温度であればよく、例えば、350℃以下であればよい。
こうした方法および装置によれば、水素ガスのみ、あるいは水素ガスと希ガスとの混合ガスからプラズマが生成される場合と比べて、混合ガスに含まれる添加ガスが、水素ガスから生成された活性種の失活を好適に抑えるものとなる。そのため、水素ガスから生成された活性種のうち、酸化膜に到達する活性種の割合が高まり、結果として、消費電力当たりの酸化膜の還元速度が高まる。
図2から図10を参照して試験例を説明する。
[混合ガスにおける流量比]
図2は、水素ガスのみを用いて酸化膜を還元したときの還元率を示すグラフであり、図3は、窒素ガスを添加ガスとして含む第1プラズマ生成用ガスを用いて酸化膜を還元したときの還元率を示すグラフであり、図4は、酸素ガスを添加ガスとして含む第1プラズマ生成用ガスを用いて酸化膜を還元したときの還元率を示すグラフである。
図5を参照して水素プラズマの発光強度を説明する。図5は、以下の試験例1〜3において、プラズマ発光モニターによって水素プラズマの発光強度を測定した結果を示すグラフである。なお、試験例1〜3の各々では、プラズマ源22としてマイクロ波を用いた。
試験例1では、プラズマ生成用ガスとして水素ガスを用いてプラズマを発生させた。この試験例1では、水素ガスの流量を1000sccm、アルゴンガスの流量を200sccm、プラズマ源22に供給する高周波電力を500Wに設定した。
試験例2では、窒素ガスを添加ガスとして含む第1プラズマ生成用ガスを用いてプラズマを発生させた。この試験例2では、水素ガスの流量を1000sccmに設定しかつ窒素ガスの流量を2sccmに設定することにより流量比を1/500に設定した。また、アルゴンガスの流量を200sccm、プラズマ源22に供給する高周波電力を500Wに設定した。
試験例3では、プラズマ生成用ガスとして水素ガスを用いてプラズマを発生させた。この試験例3では、水素ガスの流量を1000sccm、アルゴンガスの流量を200sccm、プラズマ源22に供給する高周波電力を1000Wに設定した。
図6から図10を参照して、以下の試験例4〜8の各分析用基板に対するSIMSによる表面分析の結果を説明する。
基板の面上に5nmの厚さを有したタンタル層を形成し、タンタル層の面上に150nmの厚さを有した第1銅層を形成して、積層体を形成した。そして、積層体を10日間にわたって大気中に静置した後、第1銅層の面上に50nmの厚さを有した第2銅層を形成して、試験例4の分析用基板を得た。
積層体を大気中に静置した後、第2銅層を形成する前に積層体に対して還元処理を行うこと以外は、試験例4と同様の方法によって試験例5の分析用基板を得た。試験例5での還元処理では、水素ガスの流量を1000sccm、アルゴンガスの流量を200sccm、添加ガスである酸素ガスの流量を2sccm、収容部11の内部の圧力を70Pa、高周波電力を500W、処理時間を10秒、基板Sの温度を150℃に設定した。なお、プラズマ源22としてマイクロ波を用いた。
還元処理において処理時間を60秒に設定すること以外は、試験例5と同様の方法によって試験例6の分析用基板を得た。
還元処理において添加ガスとして窒素ガスを用いること以外は、試験例6と同様の方法によって試験例7の分析用基板を得た。
試験例5と同様の条件で第1銅層の表面を還元した後、第2銅層を形成する前に第2プラズマ生成用ガスを用いて第1銅層の表面を処理すること以外は、試験例5と同様の方法によって試験例8の分析用基板を得た。第2プラズマ生成用ガスを用いて第1銅層の表面を処理する工程では、水素ガスの流量を1000sccm、アルゴンガスの流量を200sccm、収容部11の内部の圧力を70Pa、高周波電力を500W、処理時間を60秒に設定した。
図6に示すように、試験例4の分析用基板では、第1銅層の表面における酸素原子の濃度が1.5×1022原子/cm3であり、窒素原子の濃度が1.0×1019原子/cm3であり、炭素原子の濃度が2.0×1019原子/cm3であり、水素原子の濃度が5.0×1020原子/cm3であることが認められた。
(1)水素ガスのみからプラズマが生成される場合と比べて、水素ガスと添加ガスとの混合ガスからプラズマが生成されることによって、水素ガスから生成された活性種の失活が添加ガスによって好適に抑えられる。このため、水素ガスから生成された活性種のうち酸化膜に到達する活性種の割合が高まり、結果として、消費電力当たりの酸化膜の還元速度が高まる。
・添加ガスが窒素ガスであるとき、基板S上の酸化膜を還元することが可能であれば、流量比は1/10よりも大きくてもよい。この際、混合ガスにおける流量比の上限値は、基板Sの表面に残る窒素原子が後工程の処理結果に影響を及ぼさない範囲から適宜選択されるものである。
Claims (6)
- 水素ガスと添加ガスとを混合することによって混合ガスを生成すること、
前記混合ガス、または前記混合ガスと希ガスとを組み合わせたガスからプラズマを生成すること、
基板上に形成された酸化膜を前記プラズマによって還元すること、
を備え、
前記添加ガスは、窒素原子および酸素原子の少なくとも一方を含み、
前記混合ガスを生成することは、前記水素ガスの流量に対する前記添加ガスの流量の比である流量比が1/500以上となるように前記添加ガスと前記水素ガスとを混合することを含む、
基板処理方法。 - 前記添加ガスが酸素ガスであり、前記流量比が1/10以下に設定される、
請求項1に記載の基板処理方法。 - 前記添加ガスが窒素ガスであり、前記流量比が1/10以下に設定される、
請求項1に記載の基板処理方法。 - 前記酸化膜を還元することは、前記プラズマを第1プラズマとして用いて前記酸化膜を還元することを含み、
前記酸化膜を前記第1プラズマによって還元した後に前記添加ガスの供給を停止することによって、前記水素ガスまたは前記水素ガスと前記希ガスとを組み合わせたガスから第2プラズマを生成すること、
前記第2プラズマを前記基板に適用すること、
をさらに備える
請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 基板を収容する収容部と、
プラズマ生成用ガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部によって供給された前記プラズマ生成用ガスからプラズマを生成して、前記収容部に前記プラズマを供給するプラズマ供給部と、
を備え、
前記プラズマ生成用ガスは、水素ガスと添加ガスとの混合ガス、または前記混合ガスと希ガスとを組み合わせたガスであり、
前記添加ガスは、窒素原子および酸素原子の少なくとも一方を含み、
前記ガス供給部は、前記水素ガスの流量に対する前記添加ガスの流量の比である流量比が1/500以上となるように前記プラズマ生成用ガスを前記プラズマ供給部に供給するように構成されている、
基板処理装置。 - 前記ガス供給部は、前記プラズマ生成用ガスを第1プラズマ生成用ガスとして供給可能であるとともに、前記水素ガスまたは前記水素ガスと前記希ガスとを組み合わせたガスを第2プラズマ生成用ガスとして供給可能であり、
制御部を更に備え、前記制御部は、
前記ガス供給部から前記プラズマ供給部に前記第1プラズマ生成用ガスを供給し、
前記プラズマ供給部によって前記第1プラズマ生成用ガスから第1プラズマを生成して前記収容部へ前記第1プラズマを供給し、
前記収容部へ前記第1プラズマを供給した後に前記添加ガスの供給を停止することによって前記ガス供給部から前記プラズマ供給部に前記第2プラズマ生成用ガスを供給し、
前記プラズマ供給部によって前記第2プラズマ生成用ガスから第2プラズマを生成して前記収容部へ前記第2プラズマを供給する
ことを含む処理を実行するように前記プラズマ供給部および前記ガス供給部を制御するように構成されている、
請求項5に記載の基板処理装置。
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