KR20080021724A - 낮은 수소 압력을 이용하는 원거리 플라즈마 예비 세정 - Google Patents

낮은 수소 압력을 이용하는 원거리 플라즈마 예비 세정 Download PDF

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Abstract

플라즈마 세정 방법은 특히 스퍼터 증착 전에 높은 탄소를 갖는 다공성 저 유전체 k 유전체로부터 포토레지스트 및 산화물 잔여물을 제거하는데 특히 유용한 방법이다. 원거리 플라즈마 소오스(52)는 주로 수소 라디칼 H*의 플라즈마를 생성시킨다. 수소 압력은 상대적으로 낮게 유지되며, 예를 들어 30 milliTorr의 압력으로 유지된다. 선택적으로 헬륨이 프로세싱 가스에 첨가될 수 있으며, 수소 부분압은 150 milliTorr 미만으로 유지된다. 수소 및 헬륨의 400 milliTorr에서의 70% 헬륨을 이용하여 우수한 결과가 달성된다. 바람직하게, 자기 필터(62, 64)와 같은 이온 필터는 원거리 플라즈마 소오스의 산출로부터 수소 및 다른 이온을 제거하며, 원거리 플라즈마 소오스로부터의 공급 관(54)은 매니폴드 라이너(58)와 결합되는 제거가능한 유전체 라이너(66) 및 유전체 샤워헤드(40)를 포함한다.

Description

낮은 수소 압력을 이용하는 원거리 플라즈마 예비 세정{REMOTE PLASMA PRE-CLEAN WITH LOW HYDROGEN PRESSURE}
본 출원은 2005년 11월 22일 출원된 제 11/284,775의 일부 계속 출원이며 본원에 전체가 참조된다.
본 발명은 일반적으로 집적 회로를 제조하는 프로세스에서의 플라즈마 세정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유전체 층의 패턴화된 식각과 증착 사이에 형성되는 플라즈마 세정에 관한 것이다.
45 nm 노드를 위해 계획된 바와 같은 개선된 집적 회로는 두 레벨(two lever)의 배선(wiring)을 상호연결하는 층간(leterlevel) 유전체 층을 위해 초 저 유전 상수(전기적으로 절연) 재료의 이용을 필요로 할 것이다. 3.9 보다 다소 낮은 유전 상수(실리콘 다이옥사이드에 대한 값)을 가지는 저 유전 상수 k 재료는 이미 상용 제조에 도입되었다. 그러나 보다 낮은 유전 상수 예를 들어 2.5 이하의 유전 상수가 앞으로 요구될 것이다. 이러한 재료의 예는 캘리포니아 산타 클라라 에 소재하는 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)로부터 상용으로 입수가능한 Black Diamond™ Ⅱ(BDⅡ) 유전체이다. 리(Li)에 의한 미국 특허 출원 2003/0194495 호에 기재된 이러한 유전체 재료는 10 at%를 초과하는 탄소 분율을 가지는 탄소 도핑된 실리콘 산화물(또는 실리콘 옥시카바이드)을 특징으로 한다. 개선된 유전체는 BDⅡx 유전체를 포함하며, 이는 UV 경화되며 전자를 이용하여 경화되는 DBⅡ이빔(ebeam) 유전체 및 30%의 다공성을 가질 수 있다. 다른 탄소 함유 저 유전 상수 k 유전체가 공지되어 있으며, 다우 케미컬(Dow Chemical)로부터 입수가능한 Silk® 및 Cyclotene®(벤조클로로부텐) 유전체 재료를 포함하는 것으로 공지되어 있다. 다수의 이러한 재료는 유기 또는 중합 유전체(polymeric dielectric)를 특징으로 한다.
층간 인터커넥트의 형성에서의 원형 구조(prototypical structure)는 도 1에 단면으로 도시되어 있다. 하부 유전체 층(10)은 이의 표면에 형성된 전도성 피쳐(12)를 포함한다. 개선된 층간 연결을 위한 전도성 피쳐(12)는 통상적으로 구리로 이루어지지만, 유사한 기하학적 형상이 실리콘 기판의 접촉 활성 반도체 영역에 적용된다. 초 저 유전 상수 k 재료의 상부 유전체 층(14)은 하부 유전체 층(10) 및 전도성 피쳐 위에 증착된다. 홀(16)은 포토리소그래픽적으로 형성되며 상부 유전체 층(14)을 통해 전도성 피쳐(12)까지 식각된다. 구리 금속화에 이용되는 통상의 이중 다마신 인터커넥트를 위해서, 홀(16)은 전도성 피쳐(12)에 수직 인터커넥트를 형성하는 좁은 하부 비아, 및 집적 회로의 여러 부분들 사이의 수평 인터커넥트를 형성하는 넓은 상부 트렌치로 이루어진다. 이중 다마신 구조를 위해서, 전도 성 피쳐(12)가 하부 유전체 층(10) 내에 형성되는 구리 충진된 트렌치의 일 부일 수 있다. 홀이 식각된 후에, 예를 들어, Ta/TaN의 대체로 등각의 박막 배리어 층이 코팅되며, 이는 통상적으로 상부 유전체 층(14)의 필드 영역 위에서 그리고 홀(16)의 측면상에서 마그네트론 스퍼터링에 의해 이루어진다. 대체로 박막 등각 구리 시드 층이 배리어 층 위에 증착되며, 이는 통상적으로 마그네트론 스퍼터링에 의해 이루어진다. 그 후 구리가 홀(16) 내측으로 그리고 필드 영역 위에서 전기도금된다. 결국 화학 기계식 연마(CMP)가 홀(16)의 외측 구리를 제거하는데 이용된다.
포토리소그래피 식각 단계, 심지어 포토레지스트 에싱(ashing) 단계 후에 홀(16)의 측면상에 탄소질 또는 플루오르 중합 층(18)이 종종 남겨지며 이는 유리하게 고도의 이방성 식각을 달성하는데 이용되지만 식각의 중지 후에 잔여물을 남긴다. 탄소의 결합일 수 있는 트렌치의 바닥에서 식각 잔여물(20), 식각 화학물질의 플루오르 부산물을 또한 남길 수 있다. 또한, 전도성 피쳐(12)에서의 노출된 구리는 구리 산화물로 산화될 것 같다. 또한 에싱 잔여물(22)은 홀(16)의 립(lip)에서 형성되는 경향이 있다. 홀(16)의 바닥에서의 식각 잔여물(20) 및 구리 산화물은, 금속화 증착 전 배리어 증착 이전에 제거되지 않는 경우에, 접촉 저항을 증가시킨다. 중합 코팅(18) 및 에싱 잔여물(22)은 유전체 층(14)에 배리어 층의 결합을 방해하여 배리어 층 및 구리 비아 구조는 제조 또는 작동 중에 갈라질 수 있어서 실질적인 신뢰성 문제를 야기한다. 따라서, 배리어 증착 시작 전에 구리 산화물 및 잔여물(18, 20, 22)을 제거하는 것이 매우 바람직하다.
통상의 실리카 유전체를 이용하여, 잔여물을 제거하기 위해서 패턴화된 웨이퍼를 스퍼터링 식각함으로써 식각 단계와 증착 단계 사이에서 웨이퍼를 건조 세정 하는 것이 일반적이다. 이러한 스퍼터 식각은 통상적으로 고도의 에너제틱 이온을 포함하며, 이는 상대적으로 경질의 실리카 유전체 층에 크게 영향을 미치지 않는다. 그러나, 저 유전 상수 k 층은 상대적으로 연질인 경향이 있다. 따라서, 스퍼터 식각은 해롭게 식각되는 경향이 있으며 저 유전 상수 k 층을 저하(degrade)시킨다. 보다 부드러운 식각이 웨이퍼에 인접한 세정 챔버 내에서 발생하는 산소 플라즈마, 즉 인 시츄 플라즈마(in situ plasma)를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 식각 프로세스가 다공성이 아니며 약 3.7의 유전 상수 k를 가지는 저 유전 상수 k의 초기 형태(early form)에 있어서 만족스러운 것으로 입증되었다. 그러나, 인 시츄 산소 플라즈마는 10%를 초과하는 다공성 및 약 2.5의 k 값을 가지는 가장 최근의 초 저 유전 상수 k 필름에 대해서는 불만족스러운 것으로 입증되었다. 산소 플라즈마가, 플라즈마에 노출되는 플로팅 바디(floating body) 상에서 전개되는 네거티브 자기 바이어스(negative self bias)에 끌어 당겨지는 높은 분율의 산소 원자를 포함하는 것으로 믿어진다. 산소 이온은 초 저 유전 상수 k 필름에 충돌하여 충분한 에너지로 이를 손상시킨다. 따라서, 미국 특허 출원 공개 2004/0219789에 우드(Wood)에 의해 기재된 바와 같이 원거리 플라즈마 소오스(RPS)로부터 발생되는 산소 플라즈마를 이용하여 패턴화된 웨이퍼를 세정하는 단계가 실행되어 왔다. 원거리로 발생되는 플라즈마는 중성 라디칼에 중점을 두지만 인 시츄 플라즈마는 전기적으로 하전된 이온에 중점을 둔다. 원거리로 발생되는 산소 플라즈마는 다수의 중성 및 저 에너지 산소 라디칼을 웨이퍼에 투사(project)하며, 웨이퍼를 산화시키고 그렇지 않으면 여러 잔여물과 화학적으로 반응하여 이들을 제거시킨다.
그러나, 여기된 산소는 초 저 유전 상수 k 재료에 있어서 만족스러운 것으로 입증되지 않았다. 유전 상수의 감소는 유전체 재료 내의 높은 다공성에 의해 종종 달성된다. BDⅡ의 유전체 층은 10%를 초과하며, 심지어 30%를 초과하는 다공성을 가질 수 있다. 따라서 이는 매우 연질일 뿐만 아니라, 또한 산화 건조 세정에 매우 반응적이다. 또한, 유전체에 도입되는 산소는 실리콘 및 탄소 결합보다 극성 결합(polarizable bond)을 생성시키는 경향 있으며 즉 유전 상수를 증가시킨다. 결과적으로, 감소된 화학물질을 기초로하는 건조 세정은 예를 들어, 상대적으로 높은 압력의 H2 또는 NH3의 원거리로 발생되는 플라즈마 (Kropewnicki에 의한 미국 특허 6,440,864 참조)를 이용하여 전개되어 왔다. 수소 방법이 우세하지만 여전히 전체적으로 만족스럽지 못한 결과를 가진다. 수소 플라즈마 내의 매우 적은 양의 수증기가, 다공성 저 유전 상수 k 필름의 소수성을 상당히 감소시켜 유전 상수를 증가시키는 경향이 있다. 매우 순수한 수소는 유전 상수를 다소 증가시키는 경향이 있다. 또한 적합한 식각률은 챔버 압력을 증가시킴으로써 달성되지만 전력 공급원의 성능은 증가된 압력을 따라야만 한다. 또한 보다 높은 수소 압력에서, 세정 챔버 내측으로 누출 및 이온화되는 원거리 플라즈마 소오스로부터의 수소의 분율이 증가된다. 수소 이온은 웨이퍼에 에너지틱하게 끌어당겨지는 경향이 있으며 이러한 수소 이온이 다공성 저 유전 상수 k 재료를 손상시키는 것으로 믿고 있다.
본 발명의 일 양상은 특히 높은 다공성 및 상당한 탄소를 포함하는 저 유전 상수 k 기판의 플라즈마 건조 세정을 포함하며, 원거리 플라즈마 소오스에 의해 생성되는 수소 라디칼의 플라즈마를 이용한다. 어떠한 산소 및 수증기도 포함될 필요가 없다. 수소 압력은 바람직하게는 적합하게 낮은 예를 들어 10 내지 150 milliTorr 사이에서 유지되며 특히 바람직하게는 30 milliTorr의 압력으로 유지된다.
이와 달리, 플라즈마는 수소 및 불활성 기체(noble gas)의 결합, 바람직하게는 헬륨을 포함할 수 있으며 총 압력이 200 내지 600 milliTorr인 200 milliTorr 미만 40 milliTorr를 초과하는 수소 부분압을 이용한다.
원거리 플라즈마 소오스 사이의 공급 관은 유리하게 유전체 라이너를 포함하며, 예를 들어, 이는 알루미나와 같은 세라믹으로 이루어진다. 또한, 유리하게 잉온 필터는 원거리 플라즈마 소오스와 프로세싱 챔버 사이에 배치되어 플라즈마로부터 다른 이온 및 수소를 제거한다. 이온 필터는 공급 관의 축선을 가로지르는 자기 영역을 생성시키는 자기 필터일 수 있다.
도 1은 층간 인터커넥트 구조물 또는 비아의 단면도이며,
도 2는 본 발명과 이용할 수 있는 원거리 플라즈마 세정(RPC) 챔버의 단면도 이며,
도 3은 원거리 플라즈마 소오스로부터 수소 압력의 함수로서 저 유전 상수 k 유전체의 예비-세정에서의 식각률 및 이의 균일성을 도시하는 그래프이며,
도 4는 도 2의 RPC 챔버에 이용되는 자기 필터의 축 단면도이며,
도 5는 자기 필터로 달성된 이온 편향을 도시하는 그래프이며,
도 6은 이온 필터의 유무에 따른 깊이 함수로서 탄소 소모를 도시하는 그래프이며,
도 7은 플라즈마 예비-세정에서 수소 압력과의 물 접촉각의 의존도를 도시하는 막대 차트이며,
도 8은 본 발명의 두 개의 실시예에 따른 헬륨 농도의 함수로서 식각률 및 이의 비-균일성의 의존도를 도시하는 그래프이며,
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따르며 종래 기술에서 저 유전 상수 k 유전체의 플라즈마 세정에서 유전 상수의 증가를 도시하는 막대 그래프이다.
실질적으로 산소 및 물 없이 원거리 플라즈마 소오스로부터 수소의 매우 낮은 압력 또는 심지어 부분압이 건조 세정 중에 유전 상수의 증가를 상당히 감소시키며, 수용가능하며 심지어 우수한 식각률을 제공하는 것이 관찰되었다.
도 1에 단면으로 도시되어 있는 원거리 플라즈마 세정 챔버(30)는 진공 펌프 시스템(34)에 의해 펌핑되는 진공 챔버(32)를 포함한다. 진공 챔버(32) 내의 받침 대(36)는 다수의 개구(42)를 통해 프로세스 가스를 공급하는 가스 샤워헤드(40)에 대향하여 세정될 웨이퍼(38)를 지지한다. 받침대(36)는 웨이퍼(38)의 온도를 원하는 식각 온도로 상승시키기 위해서 히터를 포함한다. 본 발명의 일 양상에 따른 프로세스 가스는 질량 유동 제어기(46)를 통해 수소 가스 소오스(44)로부터 공급되는 순수한 수소 가스(H2), 또는 다른 질량 유동 제어기(50)를 통해 헬륨 가스 소오스(48)로부터 공급되는 수소와 헬륨(He)의 조합이다. 원거리 플라즈마 소오스(52)는 가스를 수용하며 이를 플라즈마 내측으로 여기시킨다. 원거리 플라즈마 소오스(52)는 다른 형태의 플라즈마 발생기가 가능할 수 있지만, 전달 관 또는 다른 형태의 안테나 둘레의 RF 유도 코일 또는 RF 전력 소오스에 의해 구동되며, 프로세스 가스를 위한 전달 관의 양 측면 상에 위치되는 한 쌍의 전극일 수 있다. 여기된 가스가 공급 관(54)을 통해 샤워헤드(42) 뒤의 가스 매니폴드(56)에 전달된다. 매니폴드 라이너(58)는 매니폴드(56)의 벽을 덮을 수 있다. 여기된 가스가 샤워헤드(40)를 통해 세정될 웨이퍼(38)에 균일하게 전달된다.
포토레지스트의 식각률 및 식각 비균일성은, 중성 여기된 가스를 형성하기 위해서 자기적으로 필터링되며, 원거리 플라즈마 소오스에서 여기된 여러 챔버 압력에서 순수한 수소의 여기된 가스에 약 300℃에서 노출되며 기판상의 BDⅡ 유전체 위에 형성되는 포토레지스터를 위해 측정된다. 이러한 결과는 도 3에 구성되어 있다. 250 내지 400 milliTorr 사이의 결과는 400 milliTorr가 매우 양호한 실행으로서 이전에 제시된 이유를 나타내고 있으며, 이는 포토레지스트 식각률이, 수소 압력에 거의 비례적으로 기대되는 바와 같은 범위 내에서 개선되고 있기 때문이며, 비균일성은 명백히 일정하다. 심지어 보다 높은 압력은 가능한 보다 양호한 결과를 제공할 수 있지만 과도하게 큰 전력 공급원을 필요로 한다. 또한, 보다 높은 압력은 프로세스 영역 내측으로 수소 이온 누출 및 다른 하전된 입자를 증가시킬 수도 있을 것으로 보인다. 그러나, 놀랍게도 테스트는 수소 압력에 따른 식각률의 의존도에 있어 이중 피크 구조를 보이고 있다. 250 milliTorr 미만에서, 압력이 감소하면서 식각률은 증가하기 시작하고 다시 떨어지기 전에 매우 낮은 압력(VLP) 범위 내의 약 40 milliTorr에서 피크에 도달한다. 또한, 비 균일성은 약 250 milliTorr 미만으로 연속적으로 감소한다. 프로세스 및 챔버 조건의 상세한 설명에 따라, 유리한 수소 압력의 범위가 10 내지 150 milliTorr, 바람직하게 20 내지 120 milliTorr인 것으로 믿어진다. 그러나, 본 발명은 이러한 범위에 제한되지 않는다.
라디칼 H* 발생과 중성 H2로의 H* 재결합 사이의 경쟁(competition)으로부터 낮은 피크(lower peak)가 상승하는 것으로 믿어진다. 재결합을 위한 평균 자유 경로에 대응하는 낮은 피크 미만에서, 재결합은 의미가 없으며, H* 발생은 압력 증가와 함께 증가한다. 낮은 피크 위에서 압력이 증가함에 따라, H2로의 H* 재결합에서의 증가는 H* 발생에서의 임의의 증가를 능가한다.
Black Diamond와 같은 향상된 유전체 필름의 저 유전 상수는 탄소 분율을 적 어도 부분적으로 증가시킴으로써 생성된다. 종래 기술의 플라즈마 세정에서 생성되는 유전 상수의 해로운 증가는 탄소의 소모에 의해, 특히 유전체 표면에서 야기되는 것으로 믿어진다.
종래에, 수소 이온 H+는 고르지 못한 실리카 유전체를 위한 만족스러운 플라즈마 세정제였다. 그러나, 부동 받침대(floating pedestal; 16)상에서 전개되는 자기 바이어스조차도 저 유전 상수 k를 손상시키기에 충분한 에너지로 수소 이온을 가속화시키기에 충분한다. 본 발명의 일 양상에서, 부가적으로 도 4의 단면 축선 도면으로 도시된 자기 이온 필터는 원거리 플라즈마 소오스(52)와 샤워헤드(40) 사이에 위치된다. 이온 필터는 공급 관(54)의 축선에 수직인 이들 사이에서 연장하는 수평 자기장(B)을 생성시키기 위해서 공급 관(54)의 양 측면 상에 위치되는 두 개의 수평 대향 영구 자석(62, 64)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 자석(62, 64)(또는 효과적으로 결합된 자석으로 이루어진 복수의 자석)은 이의 자기장이 필드 방향에 수직인 공급 관(54)의 면적에 걸쳐서 실질적으로 일정한 충분한 측면 폭을 가진다. 자기장은 이의 축선을 따라서 공급 관(54)을 통해 유동하는 수소 이온 상에 로렌츠 힘(Lorentz force)을 생성시켜, 이들이 흡수되거나 적어도 중성화되는 공급 관(54)의 벽에 이들을 편향시킨다. 일부 조건하에서, 이온은 자기장 라인상에서 포착되며 중성화되거나 벽에 표류(drift)한다. 도 5의 그래프는 인가된 자기장(B)의 함수로서 수소 및 산소의 5 및 10 eV 운동에너지에 있어서 사이클로트론 반경(cyclotron radius; R)으로서 측정되는 전환력(diverting force)을 도시하고 있다. 3×2 자석 어레이는 공급 관(54)의 에지에서 500 가우스 자기장 그리고 이의 중심에서 650 가우스의 자기장을 생성시키는 것으로 평가된다. 이러한 자기 필터는 원거리 플라즈마 소오스(52)로부터 누출되는 하전된 입자의 약 99%를 제거하는 효과가 발견되었다. 반면, 중성 수소 라디칼 H*은 자기장에 의해 영향을 받지 않으며, 가스를 매니폴드(56)에 그리고 샤워헤드(40)의 개구(42)로부터 계속 표류시킨다. 수소 라디칼은 여기되지만 중성인 가스를 형성하며 이온 및 전자를 포함하는 플라즈마를 기술적으로 구성하지 않는다. 다른 이온 필터 예를 들어, 정전 편향기(electrostatic deflector)가 이용될 수 있다.
그러나, 라디칼은 큰 단면을 가지며 재결합하는 하는 경향이 있기 때문에 수명이 짧은 경향이 있다. 라디칼 수명은 도 2에 도시된 바와 같이 매니폴드(56)에, 원거리 플라즈마 소오스(52)로부터 연장하는 공급 관(54) 내부의 관형 유전체 라이너(66)를 위치시킴으로써 상당히 증가할 수 있다. 프리 스탠딩 유전체 라이너(free standing dielectric liner; 66)는 예를 들어, 석영(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3)로 이루어질 수 있다. 유리하게, 챔버 리드가 리드의 나머지 또는 이온 필터 또는 원거리 플라즈마 소오스(52)를 분해할 필요 없이 유지를 위해 개방되는 경우에 바닥으로부터 제거될 수 있다.
동일한 이유로, 샤워헤드(40) 및 이의 매니폴드 라이너(58)는 유전체, 예를 들어 알루미나 또는 보다 바람직하게는 석영으로 이루어질 수 있다.
X-레이 광 분광기(XPS)가 200nm 두께의 Black DiamondⅡ(BDⅡ) 유전체 필름 의 깊이 함수로서 탄소 함량을 측정하는데 이용된다. 제 1 실험에서, BDⅡ 유전체 필름은 플라즈마 세정 전에 증착되는 것으로 탐지되었다. 도 6의 그래프에 도시된 플롯(70)은 프로세싱되지 않은 필름이 이의 표면에서 약 30 at%의 상승과 함께 이의 용적에 걸쳐서 약 20at%의 탄소 함량을 가짐을 나타내고 있다. 제 2 실험에서, 원거리 수소 플라즈마는 BDⅡ 필름을 세정하기 위해서 이용되지만 자기 필터 없이 이용된다. 플롯(72)은 용적이 사실상 어떠한 소모를 보이지 않는 것으로 도시하고 있지만 탄소가 표면에서 상당히 소모된다. 제 3 실험에서, 자기 필터가 활성화된다. 플롯(74)은 자기 필터가 탄소의 표면 소모를 실질적으로 감소시키는 것을 보이고 있다. 감소된 탄소 소모는 본 발명의 일 양상에 따라 예비 세정되는 경우에 탄소계 저 유전 상수 k 유전체에서의 유전 상수의 감소된 증가를 설명하는데 기여한다.
관련 실험은 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광기를 이용한 프로빙(probing) BDⅡ 유전체 필름을 포함한다. 탄소 함량은 Si-C 결합의 공진(resonance)에 대응하는 1276 ㎝-1의 파수에서 신호에 의해 측정된다. 자기 필터 없이, 스펙트럼은 1276 ㎝-1에서 신호의 상당한 급강하(dip)를 보이며, 탄소 소모를 나타낸다. 자기 필터를 이용하면, 급강하(dip)는 감소된 탄소 소모와 일관되게 실질적으로 감소한다.
형성 후, 고압 수소(400 milliTorr)를 이용하는 플라즈마 세정 후, 그리고 저압 수소(30 milliTorr)를 이용하는 플라즈마 세정 후 임의의 처리 없이 BDⅡx 필 름에 대한 물 접촉각을 측정한다. 낮은 접촉각은 재료가 보다 친수성이며, 즉 물을 흡수(attract)하는 것을 나타낸다. 친수성 필름은 습손(moisture damage)에 보다 열악한 저항성을 나타내는 것으로 기대되며 물 분자의 분극성을 야기하는 것으로 믿어진다. 도 7의 막대 차트에 도시된 결과는 저압 수소 상태에서는 플라즈마 세정을 위한 접촉 각에서 작은 감소를 나타내지만 고압 수소 상태에서는 큰 감소가 있음을 나타낸다. 즉, 이러한 결과는 습손이 낮은 수소 압력에서 감소되는 것임을 나타내고 있다.
수소의 부분압이 저압 수소 플라즈마 예비 세정의 효율의 하나의 측정으로 여겨진다. BDⅡx 유전체 필름의 식각률 및 이의 비균일성은 순수한 수소로, 그리고 수소 및 헬륨의 세 가지 혼합물, 특히 헬륨이 50%, 70%, 및 95%인 혼합물로 30 및 400 milliTorr 챔버 압력에서 모두 측정된다. 도 8의 그래프에 도시된 결과는 70% He 즉 120 milliTorr 수소의 부분압에서의 식각률은 400 milliTorr에서 95% He에서보다 실질적으로 크며, 30 milliTorr에서 0% He에서보다 크며, 400 milliTorr에서 50% He에서보다 다소 큰 것임을 나타내고 있다. 이러한 결과는 200 내지 600 milliTorr인 헬륨/수소 총 압력의 원하는 범위의 30 내지 200 milliTorr 수소 부분압 (또는 대안적으로 50 내지 92% 헬륨)에서 추정될 수 있다. 보다 좁은 범위는 300 내지 500 milliTorr의 헬륨/수소 부분압에서 80 내지 150 milliTorr의 수소 부분압이다. 그러나, 본 발명은 이러한 범위에 반드시 제한되지는 않는다. 부가적인 헬륨은 챔버 벽 상에서 흡수되고 라디칼이 챔버 벽 상에 흡수되는 것을 방지하거나 헬륨은 수소와 상호작용하는 헬륨 준안정 상태 또는 이의 재결합과 라디칼 사 이의 충돌을 감소시키는 것으로 추측된다. 특히 순수한 수소가 특히 위험하다고 간주되기 때문에 수소 및 헬륨의 혼합물이 결합된 소오스로부터 공급됨을 인식해야 한다.
네온 또는 아르곤과 같은 불활성 기체는 헬륨의 일부 이점 제공하지만 헬륨은 저 유전 상수 k 유전체를 플라즈마 세정하는데 가장 효과적인 것으로 믿어진다.
유전 상수 변화는 여러 방법에 의해 예비 세정되며 2.5의 유전 상수를 가지는 BDⅡx 필름에 대해 측정된다. 이러한 결과는 도 9의 막대 차트로 도시되어 있다. 인 시츄(in situ) 결과는 95% He 및 5% H2의 인 시츄 플라즈마를 이용하는 비교 실험이며 10% 보다 큰 분해(degradation)를 나타내고 있다. 원거리 플라즈마 소오스로부터의 400 milliTorr의 수소 플라즈마에 대한 결과는 1% 보다 큰 분해를 나타내고 있다. 원거리 플라즈마 소오스로부터 30% H2 및 70% He의 30 milliTorr 및 400 milliTorr에서 30 milliTorr의 순수한 H2의 결과는 실질적으로 유전 상수에 어떠한 변화도 나타내고 있지 않다. 따라서, 저 유전 상수 k 필름을 예비 세정하기 위한 인 시츄 플라즈마보다 양호한 수소 플라즈마가 원거리 발생될뿐만 아니라, 감소된 수소 압력 또는 부분압이 실질적으로 감소하며, 그렇지 않더라도 그 유전 상수가 증가하지 않는다.
본 발명이 도 2의 예비 세정 챔버를 참조하여 기재되지만 본 발명은 다른 형태의 챔버로 실행될 수 있으며, 예를 들어, 샤워헤드를 반드시 포함하지는 않는다. 또한, 예비 세정 챔버는 전용 챔버일 필요는 없지만, 층간 유전체 식각과 같은 식 각, 화학 기상 증착, 또는 스퍼터링을 위해 이용되는 챔버와 같은 다른 챔버와 결합될 수 있어서 다수의 작동이 동일한 챔버에서 수행될 수 있다. 또한, 본 발명은 다공성 저 유전 상수 k 유전체 상의 예비 세정 포토레지스트 잔여물에 반드시 제한되지 않지만 다른 형태의 적합한 감소 식각을 위해 이용될 수 있다.
본 발명은 식각률을 증가시키고 하드 웨어에서 거의 변화가 없는 유전체 소모를 감소시킴으로써 약한 저 유전 상수 k 유전체의 플라즈마 세정을 개선한다.

Claims (20)

  1. 유전체 층을 포함하는 기판을 프로세싱하는 플라즈마 방법으로서,
    상기 기판을 원거리 플라즈마 소오스가 부착되는 진공 챔버 내에 배치시키는 단계;
    상기 원거리 플라즈마 소오스를 통해 그리고 이로부터 상기 챔버 내측으로 감소하는 프로세싱 가스를 통과시키는 단계로서, 가스 혼합물이 수소를 포함하고 어떠한 산소 및 물을 실질적으로 포함하지 않는, 감소하는 프로세싱 가스를 통과시키는 단계; 및
    상기 챔버 내의 압력을 상기 챔버 내의 수소 부분압이 150 milliTorr 미만이며 20 milliTorr 보다 크도록 유지하는 단계를 포함하는
    플라즈마 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 부분압이 120 milliTorr 미만이며 20 milliTorr보다 큰
    플라즈마 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 가스가 수소를 필수구성으로 포함하는
    플라즈마 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 가스가 수소 및 헬륨을 필수구성으로 포함하는
    플라즈마 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원거리 플라즈마 소오스로부터 상기 진공 챔버로 전달되는 이온을 필터링하는 단계를 더 포함하는
    플라즈마 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 층이 20 at% 이상의 탄소를 포함하며 다공성이 10% 이상인
    플라즈마 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 층의 유전 상수가 2.5 이하인
    플라즈마 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원거리 플라즈마 소오스의 산출로부터 이온을 필터링하는 단계를 더 포함하는
    플라즈마 방법.
  9. 기판을 프로세싱하는 플라즈마 방법으로서,
    상기 기판을 원거리 플라즈마 소오스가 부착되는 진공 챔버 내에 배치시키는 단계; 및
    상기 원거리 플라즈마 소오스를 통해 그리고 이로부터 상기 챔버 내측으로 감소하는 프로세싱 가스를 통과시키는 단계로서, 상기 프로세싱 가스가 수소 및 불활성 기체를 포함하고 어떠한 산소 및 물을 실질적으로 포함하지 않는, 감소하는 프로세싱 가스를 통과시키는 단계를 포함하는
    플라즈마 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 불활성 기체가 헬륨인
    플라즈마 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스가 수소 및 헬륨을 필수구성으로 포함하는
    플라즈마 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 챔버 내의 총 압력을 200 내지 600 milliTorr로 유지하는 단계를 더 포함하는
    플라즈마 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 진공 챔버 내의 수소 부분압을 40 내지 200 milliTorr로 유지하는 단계 를 더 포함하는
    플라즈마 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 총 압력이 300 내지 500 milliTorr로 유지되는
    플라즈마 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수소 부분압이 80 내지 150 milliTorr로 유지되는
    플라즈마 방법.
  16. 플라즈마 세정 챔버로서,
    세정되는 기판을 지지하기 위한 받침대를 포함하는 진공 챔버;
    상기 받침대에 대향하는 유전체 샤워헤드;
    원거리 플라즈마 소오스;
    상기 원거리 플라즈마 소오스의 산출을 상기 샤워헤드에 연결하고, 제거가능한 유전체 라이너를 포함하는 전달 관;
    상기 전달 관상 상에 배치되는 이온 필터; 및
    상기 원거리 플라즈마 소오스를 위한 수소 가스의 소오스를 포함하는
    플라즈마 세정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 이온 필터는, 상기 전달 관의 벽을 향해 수소 이온을 편향시키기에 충분하게 상기 전달 관의 축선을 가로지르는 자기장을 생성시키는 자기 조립체를 포함하는
    플라즈마 세정 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 원거리 플라즈마 소오스를 위한 헬륨 가스의 소오스를 더 포함하는
    플라즈마 세정 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 유전체 라이너가 알루미나를 포함하며, 상기 샤워헤드가 석영을 포함하는
    플라즈마 세정 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 매니폴드를 라이닝(lining)하는 제 2 유전체 라이너를 더 포함하는
    플라즈마 세정 방법.
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