WO2024070801A1 - 基板処理方法および基板処理システム - Google Patents
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- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
Definitions
- This disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing system.
- Patent Document 1 describes how, in forming embedded multilayer wiring, in a via formed in an insulating film provided on the wiring, a film containing Cu, Co, Ni, or Ru is formed by electroless plating from the bottom surface where the wiring is exposed, using the exposed wiring as a catalyst.
- This disclosure provides a substrate processing method and a substrate processing system that can form a healthy, low-resistance Ru film using electroless plating.
- a substrate processing method includes forming a Ru film on a substrate by electroless plating, treating the substrate on which the Ru film has been formed with an inert gas plasma, and reducing the substrate after the treatment with the inert gas plasma.
- the present disclosure provides a substrate processing method and a substrate processing system that can form a healthy, low-resistance Ru film using electroless plating.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which cracks are generated when a Ru film is formed by electroless plating and then subjected to reduction annealing.
- 1 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to an embodiment. 1 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a substrate for which a substrate processing method according to an embodiment is used; 4 is a cross-sectional view showing a state in which a Ru film is embedded in a via formed in the substrate of FIG. 3 by electroless plating. 1 is a block diagram showing a substrate processing system for carrying out a substrate processing method according to an embodiment; 6 is a cross-sectional view showing an example of an electroless plating apparatus included in the substrate processing system of FIG. 5. 6 is a cross-sectional view showing an example of an inert gas plasma processing apparatus included in the substrate processing system of FIG. 5. 6 is a cross-sectional view showing an example of a reduction treatment device included in the substrate processing system of FIG. 5 .
- Patent Document 1 describes the formation of a film containing Cu, Co, Ni or Ru in a via by electroless plating.
- Ru is attracting attention as a next-generation wiring material.
- Ru is easily oxidized, and oxidation is observed on the film surface and in the film in the as-deposited state.
- Ru is not sufficiently crystallized in the as-deposited state, and the grain size is minute and the state is close to amorphous. For this reason, the resistance of the as-deposited Ru film is high.
- the Ru film may be subjected to a reduction treatment such as reduction annealing to break down the Ru oxide and promote crystallization.
- the substrate is treated with plasma of an inert gas such as Ar gas or N2 gas, and then a reduction treatment is performed.
- an inert gas such as Ar gas or N2 gas
- the physical action of the plasma of the inert gas can destroy the Ru grains and decompose the Ru oxide. Therefore, the adhesion between the grains is not deteriorated, and cracks due to volumetric shrinkage when crystallization is promoted by the subsequent reduction treatment are suppressed, and a healthy and low-resistance Ru film can be formed.
- FIG. 2 is a flow chart illustrating a substrate processing method according to an embodiment.
- the substrate processing method of this embodiment includes a step of forming a Ru film on a substrate by electroless plating (step ST1), a step of treating the substrate after the Ru film is formed with an inert gas plasma (step ST2), and a step of reducing the substrate after step ST2 (step ST3).
- the substrate is not particularly limited, but a semiconductor substrate (semiconductor wafer) having a semiconductor base such as silicon (Si) can be used.
- the substrate may have a structure as shown in FIG. 3.
- the substrate W in FIG. 3 has a structure 110 provided on a Si base (not shown), which is a semiconductor base.
- the structure 110 has a lower wiring 101 and an insulating film 102 formed on the lower wiring 101, and a fine via 103 is formed in the insulating film 102.
- the lower wiring 101 is exposed at the bottom of the via 103.
- the insulating film 102 has a lower nitride film 102a and an upper oxide film 102b.
- the lower wiring 101 can be preferably made of Cu or Ru. Alternatively, Ni or Co can be used.
- the electroless plating process in step ST1 is carried out by applying a chemical solution (plating solution) for electroless plating onto the substrate and then heating it.
- the heating temperature is preferably 50 to 85°C. After heating, the substrate is dried.
- an electroless plating process is performed to embed a Ru film 105 in the via 103, as shown in FIG. 4.
- the Ru film 105 grows bottom-up from the bottom surface of the via 103 using the lower wiring 101 exposed at the bottom surface of the via 103 as a catalyst.
- the process of performing the inert gas plasma treatment in step ST2 involves exposing the substrate on which the Ru film has been formed by electroless plating to the inert gas plasma, and exerting the physical action of the plasma on the Ru film. This destroys the Ru grains in the Ru oxide film, and decomposes the Ru oxide formed by the oxidation of the Ru film.
- the plasma treatment in step ST2 is performed in a vacuum atmosphere.
- the pressure may be in the range of 100 mTorr to 2 Torr (13.3 to 266.6 Pa).
- the substrate temperature may be in the range of 70 to 400°C, preferably 70 to 130°C, and more preferably 100 to 130°C. If the temperature exceeds 130°C, degassing tends to increase.
- the treatment time in step ST2 may be 5 to 300 sec.
- a rare gas such as Ar gas or He gas, or N2 gas may be used. Among these, Ar gas and N2 gas are preferred, and Ar gas, which has a large atomic number and a large physical action, is particularly preferred.
- the gas may be 100% Ar gas, or may be a mixture of two or more inert gases, such as Ar gas + He gas or Ar gas + N2 gas.
- the plasma in step ST2 is not particularly limited, and various plasmas such as capacitively coupled plasma, inductively coupled plasma, and microwave plasma may be used.
- a bias may be applied to the substrate.
- ions in the plasma can be attracted to the substrate, and the physical action on the Ru film on the substrate surface can be increased.
- the bias may be a high-frequency bias.
- step ST3 reduces the oxidized parts of the Ru film and promotes the crystallization of the Ru film, thereby lowering the resistance of the Ru film.
- the reduction treatment may be reduction annealing or hydrogen plasma treatment.
- the reduction annealing is a treatment in which the substrate is heated while supplying a reduction gas, and may be a normal pressure treatment.
- the hydrogen plasma treatment is a treatment in which the substrate is treated with a gas containing H2 gas, for example, H2 gas alone or H2 gas + inert gas plasma, and may be a vacuum treatment.
- the substrate temperature may be 200 to 430°C, for example, 400°C.
- the reduction gas may be forming gas, H2 gas, formic acid, etc., and at least one of these may be suitably used.
- the forming gas is a mixed gas of H2 gas and N2 gas, and H2 gas may be 5.7% or less, which is the explosion limit, for example, 4%.
- the reduction annealing time may be about 5 to 120 min, depending on the thickness of the Ru film. Even if the reduction annealing is a normal pressure process, it is preferable to perform it using an apparatus with a sealed structure so that the gas composition can be maintained.
- the reduction treatment is a hydrogen plasma treatment
- the treatment may be performed in a vacuum atmosphere as described above, and the pressure may be in the range of 100 mTorr to 2 Torr (13.3 to 266.6 Pa).
- the substrate temperature may be in the range of 70 to 400°C, and preferably in the range of 70 to 130°C, and more preferably in the range of 100 to 130°C.
- the hydrogen plasma treatment may be performed using a plasma of H2 gas or H2 gas + inert gas.
- the plasma at this time is not particularly limited, and various plasmas such as capacitively coupled plasma, inductively coupled plasma, and microwave plasma can be used.
- the reduction treatment is performed by a hydrogen plasma treatment, it may be performed in the same apparatus as the inert gas plasma treatment in step ST2.
- step ST3 by performing the reduction process in step ST3 after the inert gas plasma process in step ST2, the decrease in adhesion between grains due to oxygen desorption and the occurrence of cracks due to the promotion of crystallization during the reduction process are suppressed.
- the inert gas plasma treatment in step ST2 destroys the Ru grains and decomposes the Ru oxides, preventing the deterioration of adhesion between grains and preventing cracks caused by volumetric shrinkage due to the subsequent reduction treatment.
- the reaction model for the plasma processing in step ST2 is assumed to be similar to the destruction and amorphization of silicon crystals that occurs when impurities are doped into a silicon substrate by implantation.
- the Ru film formed by electroless plating can be reduced without causing cracks, and a healthy, low-resistance Ru film can be formed.
- FIG. 5 is a block diagram showing a substrate processing system for carrying out a substrate processing method according to one embodiment.
- the substrate processing system 200 has an electroless plating apparatus 300, an inert gas plasma processing apparatus 400, and a reduction processing apparatus 500. Substrates are transported between the electroless plating apparatus 300 and the inert gas plasma processing apparatus 400, and between the inert gas plasma processing apparatus 400 and the reduction processing apparatus 500, by substrate transport mechanisms 600 and 700, respectively.
- the substrate processing system 200 also has a control unit 800 for controlling the electroless plating apparatus 300, the inert gas plasma processing apparatus 400, the reduction processing apparatus 500, and the substrate transport mechanisms 600 and 700. Each will be described individually below.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of an electroless plating apparatus 300.
- the electroless plating apparatus 300 forms a Ru film by electroless plating, and as shown in Fig. 6, includes a chamber 51, a substrate holding unit 52, and a plating solution supply unit 53.
- the substrate holding unit 52 is disposed in the chamber 51, has a chuck member 521 that vacuum-adsorbs the lower surface (rear surface) of the substrate W, and holds the substrate W horizontally.
- the substrate holding unit 52 may be a mechanical chuck.
- the plating solution supply unit 53 supplies a plating solution L1 to the upper surface (processing surface) of the substrate W held by the substrate holding unit 52.
- a rotary motor 523 is connected to the substrate holder 52 via a rotary shaft 522.
- the rotary motor 523 is driven, the substrate holder 52 rotates together with the substrate W.
- the rotary motor 523 is supported by a base 524 fixed to the chamber 51.
- the plating solution supply unit 53 has a plating solution nozzle 531 that ejects plating solution L1 onto the substrate W held by the substrate holding unit 52, and a plating solution supply source 532 that supplies plating solution L1 to the plating solution nozzle 531.
- the plating solution supply source 532 supplies plating solution L1, the temperature of which has been adjusted to a predetermined temperature, to the plating solution nozzle 531.
- the plating solution nozzle 531 is held by a nozzle arm 56 and configured to be movable.
- the plating solution L1 is, for example, a plating solution for autocatalytic (reducing) electroless plating, and contains Ru ions and a reducing agent such as hypophosphorous acid, dimethylamine borane, or hydrazine.
- the plating solution L1 may contain appropriate additives.
- the electroless plating apparatus 300 further includes other processing liquid supply units, a cleaning liquid supply unit 54 that supplies cleaning liquid L2 to the upper surface of the substrate W held by the substrate holder 52, and a rinsing liquid supply unit 55 that supplies rinsing liquid L3 to the upper surface of the substrate W.
- the cleaning liquid supply unit 54 has a cleaning liquid nozzle 541 that ejects cleaning liquid L2 onto the substrate W held by the substrate holding unit 52, and a cleaning liquid supply source 542 that supplies cleaning liquid L2 to the cleaning liquid nozzle 541.
- a cleaning liquid supply source 542 that supplies cleaning liquid L2 to the cleaning liquid nozzle 541.
- an organic acid or dilute hydrofluoric acid (DHF) can be used as the cleaning liquid L2.
- the cleaning liquid nozzle 541 is held by the nozzle arm 56 and is movable together with the plating liquid nozzle 531.
- the rinsing liquid supply unit 55 has a rinsing liquid nozzle 551 that ejects rinsing liquid L3 onto the substrate W held by the substrate holder 52, and a rinsing liquid supply source 552 that supplies rinsing liquid L3 to the rinsing liquid nozzle 551.
- the rinsing liquid nozzle 551 is held by a nozzle arm 56 and is movable together with the plating liquid nozzle 531 and the cleaning liquid nozzle 541.
- pure water can be used as the rinsing liquid L3.
- Nozzle arm 56 which holds plating solution nozzle 531, cleaning solution nozzle 541, and rinsing solution nozzle 551, is configured to be moved horizontally and vertically by a nozzle movement mechanism (not shown), and nozzle arm 56 is movable between a discharge position where plating solution L1, cleaning solution L2, or rinsing solution L3 is discharged onto substrate W, and a retracted position retracted from the discharge position.
- the discharge position is a position where liquid can be supplied to any position on the top surface of substrate W, for example, a position where liquid can be supplied to the center of substrate W.
- the retracted position is a position outside substrate W.
- a cup 571 is provided around the substrate holding part 52.
- This cup 571 is formed in a ring shape, and receives liquid splashed from the substrate W when the substrate W rotates, and guides it to a drain duct 581 described later.
- An atmosphere blocking cover 572 is provided on the outer periphery of the cup 571, and prevents the atmosphere around the substrate W from diffusing into the chamber 51.
- This atmosphere blocking cover 572 is formed in a cylindrical shape that extends in the vertical direction, and is open at the top. A lid body 6 described later can be inserted from above into the atmosphere blocking cover 572.
- a drain duct 581 is provided below the cup 571.
- This drain duct 581 is formed in a ring shape, and receives and discharges the liquid that has been received by the cup 571 and has fallen, as well as the processing liquid that has fallen directly from around the substrate W.
- An inner cover 582 is provided on the inner periphery of the drain duct 581.
- the upper surface of the substrate W held by the substrate holding part 52 is covered by a lid body 6.
- the lid body 6 has a ceiling portion 61 extending horizontally and a side wall portion 62 extending downward from the ceiling portion 61.
- the ceiling portion 61 faces the substrate W above the substrate W held by the substrate holding part 52 at a relatively small distance.
- the ceiling portion 61 includes a first ceiling plate 611 and a second ceiling plate 612 provided on the first ceiling plate 611.
- the first ceiling plate 611 and the second ceiling plate 612 are provided so as to sandwich the heater 63.
- a seal ring 613 is provided between the first ceiling plate 611 and the second ceiling plate 612 on the outer periphery of the heater 63, and the heater 63 is sealed by this seal ring 613 so that the heater 63 does not come into contact with liquids such as the plating liquid L1.
- the first ceiling plate 611 and the second ceiling plate 612 may be formed of a material that is suitable for corrosion resistance against liquids such as the plating liquid L1, for example, an aluminum alloy.
- the first ceiling plate 611, the second ceiling plate 612 and the side wall portion 62 may be coated with Teflon (registered trademark).
- a lid body moving mechanism 7 is connected to the lid body 6 via a lid body arm 71.
- the lid body moving mechanism 7 has a rotation motor 72 that moves the lid body 6 horizontally, and a cylinder 73 that moves the lid body 6 up and down.
- the rotation motor 72 is attached to a support plate 74 that is arranged to be movable up and down relative to the cylinder 73.
- the swivel motor 72 of the lid moving mechanism 7 moves the lid 6 between an upper position located above the substrate W held by the substrate holder 52, and a retracted position retracted from the upper position.
- the retracted position is a position outside the substrate W in the chamber 51.
- the rotation axis of the swivel motor 72 extends in the vertical direction, and the lid 6 can be swiveled horizontally between the upper position and the retracted position.
- the cylinder 73 of the lid movement mechanism 7 moves the lid 6 between a lower position (position shown by a solid line in FIG. 6) and an upper position (position shown by a two-dot chain line in FIG. 6) to adjust the distance between the substrate W, on whose upper surface plating solution L1 is poured, and the first ceiling plate 611 of the ceiling portion 61.
- a lower position position shown by a solid line in FIG. 6
- an upper position position shown by a two-dot chain line in FIG.
- the plating solution L1 on the substrate W is heated by the heater 63.
- the side wall 62 of the lid 6 extends downward from the peripheral edge of the first ceiling plate 611 of the ceiling portion 61, and is positioned on the outer periphery of the substrate W when the lid 6 is positioned in the lower position to heat the plating solution L1 on the substrate W.
- the ceiling 61 and side wall 62 of the lid 6 are covered by a lid cover 64.
- This lid cover 64 is placed on the second ceiling plate 612 of the lid 6 via a number of supports 65.
- the lid cover 64 is preferably made of a material with higher insulating properties than the ceiling 61 and side wall 62, such as a resin material.
- a fan filter unit 59 is provided at the top of the chamber 51 to supply clean air around the lid 6.
- the fan filter unit 59 supplies air into the chamber 51 (particularly into the atmosphere blocking cover 572).
- the supplied air flows toward the exhaust pipe 81, which will be described later.
- a downflow in which this air flows downward is formed around the lid 6, and gas vaporized from the processing liquid, such as the plating liquid L1, flows toward the exhaust pipe 81 by this downflow. This prevents the gas vaporized from the processing liquid from rising and diffusing into the chamber 51.
- This exhaust mechanism 8 has two exhaust pipes 81 provided below the cup 571 and an exhaust duct 82 provided below the drain duct 581.
- the two exhaust pipes 81 penetrate the bottom of the drain duct 581 and are each connected to the exhaust duct 82.
- the exhaust duct 82 is formed in a substantially semicircular ring shape when viewed from above.
- One exhaust duct 82 is provided below the drain duct 581, and the two exhaust pipes 81 are connected to this exhaust duct 82.
- the electroless plating apparatus 300 configured in this manner, first, clean air is supplied into the chamber 51 from the fan filter unit 59, and the substrate W is loaded into the electroless plating apparatus 300 and held horizontally by the substrate holder 52.
- a cleaning process is performed on the substrate W held by the substrate holder 52.
- the substrate W is rotated at a predetermined rotation speed by the rotary motor 523, the nozzle arm 56 is moved from the retracted position to the discharge position, and cleaning liquid L2 is supplied from the cleaning liquid nozzle 541 to the upper surface of the rotating substrate W. This cleans the surface of the substrate W and removes any attached matter.
- the cleaning liquid L2 supplied to the substrate W is discharged into the drain duct 581.
- rinse liquid L3 is supplied from the rinse liquid nozzle 551 to the rotating substrate W, and the surface of the substrate W is rinsed. This washes away the cleaning liquid L2 remaining on the substrate W.
- the rinse liquid L3 supplied to the substrate W is discharged into the drain duct 581.
- plating solution L1 is supplied to the upper surface of the substrate W held by the substrate holder 52, and a paddle of plating solution L1 is formed on the upper surface of the substrate W.
- the formation of a paddle on the upper surface of the substrate W is performed, for example, as follows. First, while rotating the substrate W at a rotation speed lower than that during the rinsing process, plating solution L1 is discharged from the plating solution nozzle 531 onto the upper surface of the substrate W. This plating solution L1 remains on the upper surface due to surface tension, and a so-called paddle, which is a layer of plating solution L1, is formed. A portion of the plating solution L1 flows out from the upper surface and is discharged through the drain duct 581.
- the discharge of plating solution L1 is stopped. Then, the nozzle arm 56 is retracted to the retracted position. By forming a paddle while rotating the substrate W in this way, the plating film can be made uniform.
- the amount of plating solution L1 applied may be increased by stopping the rotation of the substrate W.
- This plating solution heating process involves covering the substrate W with the lid 6, supplying an inert gas, placing the lid 6 in a lower position to actually heat the plating solution L1, and retracting the lid 6 from above the substrate W. Note that, even during the process of heating the plating solution L1, it is preferable that the rotation speed of the substrate W (including when stopped) be maintained in the same manner as when the plating solution was piled on.
- the operation of supplying the inert gas is performed by supplying inert gas from an inert gas supply mechanism (not shown) to the space between the substrate W held by the substrate holder 52 and the lid 6 located at a lower position, so that the plating process can be performed on the top surface of the substrate W while maintaining a low-oxygen atmosphere around the substrate W.
- plating film When the temperature of plating solution L1 is actually raised to a temperature at which the components in plating solution L1 precipitate, the components of plating solution L1 precipitate on the upper surface of substrate W, forming and growing a plating film (Ru film).
- This heating operation is performed while maintaining the temperature of plating solution L1 at a temperature at which the plating film precipitates, for example 50 to 85°C, for the time required to obtain a plating film of the desired thickness.
- the substrate W is rinsed.
- the rotation speed of the substrate W is first increased to be higher than the rotation speed during the plating process (paddle formation and heating), and the substrate W is rotated, for example, at the same rotation speed as in the substrate rinsing process before the plating process.
- the rinse liquid nozzle 551 is moved from the retracted position to the discharge position.
- rinse liquid L3 is supplied from the rinse liquid nozzle 551 to the rotating substrate W to wash away the plating liquid L1 remaining on the substrate W.
- a drying process is performed on the substrate W.
- the substrate W is rotated at high speed to shake off the rinsing liquid L3 remaining on the substrate W and dry it. This results in a substrate having a Ru film, which is an electroless plating film in a dried state.
- an inert gas such as N2 gas may be blown onto the substrate W to promote drying.
- the substrate W is removed from the substrate holder 52 and transported out of the electroless plating apparatus 300.
- multiple electroless plating devices 300 are arranged as a unit, and are arranged in a loading/unloading station.
- a transport mechanism transports a substrate from a substrate storage container that stores multiple substrates to one of the electroless plating devices 300 for processing.
- [Inert Gas Plasma Treatment Device] 7 is a cross-sectional view showing an example of an inert gas plasma processing apparatus 400.
- the inert gas plasma processing apparatus 400 performs plasma processing using an inert gas on a Ru film formed by electroless plating, and is configured as a capacitively coupled plasma processing apparatus.
- the inert gas plasma processing apparatus 400 has a processing vessel (chamber) 210 that is approximately cylindrical and made of metal, for example aluminum whose surface has been anodized.
- the processing vessel 210 is safety grounded.
- a cylindrical metal support table 214 is placed on the bottom of the processing vessel 210 via an insulating plate 212 made of ceramics or the like, and a substrate mounting table 216 made of a metal, for example aluminum, is provided on the support table 214.
- the substrate mounting table 216 forms a lower electrode.
- an electrostatic chuck 218 is provided that attracts and holds the substrate W by electrostatic force.
- the electrostatic chuck 218 has a structure in which an electrode 220 is provided inside an insulator, and by applying a DC voltage from an attraction DC power supply 222 to the electrode 220, the substrate W is attracted and held by electrostatic force such as Coulomb force.
- a conductive focus ring 224 made of, for example, silicon is disposed around the periphery of the electrostatic chuck 218 to improve the uniformity of the plasma processing.
- a cylindrical inner wall member 226 made of, for example, quartz is provided on the sides of the substrate mounting table 216 and the support table 214.
- a temperature control mechanism 228 is provided inside the support table 214.
- a temperature control medium is circulated and supplied to this temperature control mechanism 228 via pipes 230a and 230b from an external chiller unit (not shown).
- a heater 219 is provided inside the substrate mounting table 216. The temperature control mechanism 228 and heater 219 control the temperature of the substrate W to a desired temperature, for example, in the range of 70 to 400°C.
- a heat transfer gas such as He gas
- a heat transfer gas supply mechanism (not shown) between the upper surface of the electrostatic chuck 218 and the rear surface of the substrate W via a gas supply line 232.
- An upper electrode 234 is provided above the substrate mounting table (lower electrode) 216 so as to face the substrate mounting table 216.
- the space between the upper electrode 234 and the substrate mounting table (lower electrode) 216 becomes the plasma generation space.
- the upper electrode 234 is supported on the upper part of the processing vessel 210 via an insulating shielding member 243.
- the upper electrode 234 is composed of an electrode plate 236 that forms the surface facing the substrate mounting table 216 and has a number of gas discharge holes 237, and an electrode support 238 with a water-cooled structure that supports the electrode plate 236 in a removable manner.
- a gas diffusion chamber 240 is provided inside the electrode support 238, and a number of gas flow holes 241 that communicate with the gas discharge holes 237 extend downward from the gas diffusion chamber 240.
- a gas inlet 242 that introduces an inert gas into the gas diffusion chamber 240 is formed in the electrode support 238, and a gas pipe 251 that is connected to a gas supply unit 250 described later is connected to the gas inlet 242.
- the inert gas supplied from the gas supply unit 250 is supplied to the gas diffusion chamber 240, and is supplied to the plasma generation space in the processing vessel 210 via the gas flow holes 241 and the gas discharge holes 237. That is, the upper electrode 234 is configured as a shower head.
- the gas supply unit 250 supplies an inert gas for generating plasma, and includes a gas supply source, a pipe, and a flow rate controller.
- the inert gas from the gas supply unit 250 is supplied to the gas diffusion chamber 240 through the gas pipe 251 as described above.
- rare gases such as Ar gas and He gas, and N2 gas can be used.
- Ar gas is preferable because it has a large atomic number and a large physical effect. Two or more inert gases may be mixed.
- An exhaust port 260 is provided at the bottom of the processing vessel 210, and an exhaust device 264 is connected to this exhaust port 260 via an exhaust pipe 262.
- the exhaust device 264 has an automatic pressure control valve and a vacuum pump, and this exhaust device 264 makes it possible to evacuate the processing vessel 210 and maintain the processing vessel 210 at a desired vacuum level.
- a load/unload port 265 for loading/unloading the substrate W into/from the processing vessel 210 is provided on the side wall of the processing vessel 210, and this load/unload port 265 is configured to be opened and closed by a gate valve 266.
- a first high frequency power supply 288 for generating plasma is electrically connected to the upper electrode 234.
- a first matching box 287 is interposed in a power supply line 289 that supplies power from the first high frequency power supply 288 to the upper electrode 234.
- the high frequency power supplied from the first high frequency power supply 288 may have a frequency of 0.4 to 100 MHz and a power of 100 to 3000 W.
- the first matching box 287 is for matching the load (plasma) impedance to the impedance on the first high frequency power supply 288 side.
- the second high frequency power supply 292 for applying a bias is electrically connected to the substrate mounting table 216, which is the lower electrode.
- a second matching box 291 is interposed in a power supply line 293 that supplies power from the second high frequency power supply 292 to the substrate mounting table 216.
- the high frequency power supplied from the second high frequency power supply 292 may have a frequency of 0.4 to 100 MHz and a power of 100 to 1000 W.
- the second matching box 291 is for matching the load (plasma) impedance to the impedance on the second high frequency power supply 292 side.
- the second high frequency power supply 292 is not essential, but it is preferable to provide it from the viewpoint of increasing the physical action on the substrate W.
- the substrate W is loaded into the processing vessel 210 and placed on the substrate placement stage 216.
- the temperature of the substrate placement stage 216 is controlled by the temperature adjustment mechanism 228 and the heater 219 so that the temperature of the placed substrate W is 70 to 400°C, preferably 70 to 130°C, or even 100 to 130°C.
- the processing vessel 210 is evacuated to a vacuum, and the pressure inside the processing vessel 210 is adjusted to, for example, 100 mTorr to 2 Torr (13.3 to 266.6 Pa) while supplying an inert gas into the processing vessel 210.
- the plasma is turned off, the processing vessel 210 is purged with an inert gas, and the vessel is then removed from the processing vessel 210.
- capacitively coupled plasma is used, but other plasmas such as inductively coupled plasma or microwave plasma may also be used.
- the inert gas plasma processing apparatus 400 is actually connected to a vacuum transfer chamber maintained at a vacuum, and is incorporated into a system configured such that substrates are transferred from a substrate storage container arranged in a loading/unloading station to the inert gas plasma processing apparatus 400 by a transfer mechanism in the vacuum transfer chamber via a load lock chamber.
- [Reduction treatment device] 8 is a cross-sectional view showing an example of the reduction treatment apparatus 500.
- the reduction treatment apparatus 500 has a treatment vessel 310, a heating plate 320, and a gas supply unit 330.
- the processing vessel 310 is a cylindrical metal vessel with a substantially sealed structure, and the inside is maintained at normal pressure.
- a heating plate 320 is provided at the center of the bottom inside the processing vessel 310.
- a loading/unloading port 311 for loading and unloading the substrate W is formed in the side wall of the processing vessel 310, and the loading/unloading port 311 is opened and closed by a shutter 312.
- a gas inlet 313 for introducing a reducing gas is formed in the center of the ceiling wall of the processing vessel 310, and multiple exhaust ports 314 are formed on the outside of the heating plate 320 in the bottom wall.
- the heating plate 320 is made of metal and is used to heat the substrate W placed on its upper surface, with a heater 321 embedded inside.
- the heater 321 heats the heating plate 320 so that the temperature of the substrate W placed on it reaches 200 to 430°C, for example 400°C.
- the gas supply unit 330 supplies a reducing gas into the processing vessel 310 through a pipe 331 and a gas inlet 313.
- a reducing gas forming gas, H2 gas, formic acid, or the like can be used.
- a transport mechanism (not shown) transports the substrate W, which has been subjected to plasma processing using an inert gas, into the processing vessel 310 and places it on the heating plate 320.
- the temperature of the heating plate 320 is controlled by the heater 321 so that the temperature of the substrate W placed thereon is 200 to 430°C, for example 400°C.
- reducing gas is supplied from the gas supply unit 330 into the processing vessel 310, and a reduction process is performed on the substrate W on the heating plate 320.
- the processing time at this time may be approximately 5 to 120 minutes.
- the supply of the reducing gas is stopped, and the substrate on the heating plate 320 is removed from the processing vessel 310 by a transport mechanism (not shown).
- the reduction processing device 500 configured as a reduction annealing device is actually incorporated into a system configured so that substrates are transported from a substrate storage container arranged in a loading/unloading station to the reduction processing device 500 by a transport mechanism.
- the reduction processing apparatus 500 is described as performing reduction annealing at normal pressure, but the reduction processing apparatus 500 may be a hydrogen plasma processing apparatus performing hydrogen plasma processing.
- a hydrogen plasma processing apparatus may have a structure similar to that of the inert gas plasma processing apparatus 400 shown in FIG. 7, and may be supplied from the gas supply unit with H2 gas or H2 gas + inert gas.
- a high frequency power supply for bias may not be used.
- the gas supply unit 250 of the inert gas plasma processing apparatus 400 shown in FIG. 7 may be provided with a H2 gas supply function so that the reduction processing can be performed by the inert gas plasma processing apparatus 400.
- the reduction processing apparatus 500 When using a reduction annealing apparatus as the reduction processing apparatus 500, it is necessary to set the pressure at normal pressure from the inert gas plasma processing apparatus 400 where the vacuum processing is performed. In contrast, when the reduction processing is hydrogen plasma processing, it is a vacuum processing, so that the inert gas plasma processing and the hydrogen plasma processing can be realized in a single vacuum system, which is efficient. Also, by making it possible to perform hydrogen plasma processing in the inert gas plasma processing apparatus 400 (performing the inert gas plasma processing apparatus 400 and the reduction processing apparatus 500 in a single apparatus), an even more efficient substrate processing system can be realized.
- the substrate transport mechanisms 600 and 700 transport a plurality of substrates stored in a substrate storage container between the electroless plating apparatus 300 and the inert gas plasma processing apparatus 400, and between the inert gas plasma processing apparatus 400 and the reduction processing apparatus 500, respectively.
- the substrate transport mechanisms 600 and 700 preferably transport the substrates in a state in which the substrate storage container is maintained in a non-oxidizing atmosphere such as an inert atmosphere or a reducing atmosphere, so that oxidation of the Ru film formed by electroless plating is suppressed.
- the control unit 800 controls each component of the substrate processing system 200, i.e., the electroless plating apparatus 300, the inert gas plasma processing apparatus 400, the reduction processing apparatus 500, and the substrate transport mechanisms 600 and 700.
- the control unit 800 has a main control unit having a CPU (computer), an input device, an output device, a display device, and a storage device.
- the main control unit of the control unit 800 causes the substrate processing system 200 to perform a desired operation based on a processing recipe stored in, for example, a storage medium built into the storage device or a storage medium set in the storage device.
- the electroless plating apparatus 300, the inert gas plasma processing apparatus 400, and the reduction processing apparatus 500 configured as described above are operated as described above under the control of the control unit 800, thereby realizing one embodiment of the substrate processing method.
- Example 1 an as-deposited state (sample 1), a sample that was plated and then subjected to reduction annealing (sample 2), and a sample that was plated and then subjected to Ar plasma treatment and reduction annealing (samples 3 and 4).
- the reduction annealing was performed for 10 minutes at 400° C. using forming gas (4% H 2 ) as the reducing gas.
- the Ar plasma treatment was performed under the common conditions of 100% Ar gas, high frequency power (HF) to the upper part: 1500 W, high frequency power (LF) to the lower part: 500 W, and time: 100 sec, and the pressure and temperature were changed between sample 3 and sample 4. That is, the pressure was 300 mTorr and the temperature was 80° C. for sample 3, and the pressure was 200 mTorr and the temperature was 120° C. for sample 4.
- sample 1 crystal growth had not progressed sufficiently and the film was close to amorphous.
- Sample 2 which had only been subjected to reduction annealing, showed crystal growth but numerous cracks.
- sample 3 had almost completely eliminated the film cracks, but slight defects were found in the film, and sample 4 had almost no film cracks or defects.
- the resistivity of the film was measured, with sample 1 in the as-deposited state having a resistivity of 113 ⁇ cm, and sample 2, which had only been subjected to reduction annealing, having a resistivity of 43.7 ⁇ cm, while samples 3 and 4, which had been subjected to Ar plasma treatment, both had a low resistivity of 15.1 ⁇ cm.
- the electroless plating apparatus in the above embodiment is merely an example, and various other apparatuses with various configurations can be used.
- the inert gas plasma processing apparatus is also merely an example, and various other apparatuses with various configurations can be used, and the plasma is not limited to capacitively coupled plasma as described above, and other plasmas such as inductively coupled plasma and microwave plasma can also be used.
- a semiconductor substrate semiconductor wafer having a semiconductor base is used as the substrate, but the substrate is not limited to a semiconductor wafer, and may be other substrates such as an FPD (flat panel display) substrate or a ceramic substrate. Furthermore, in the above embodiment, a Ru film is embedded in a fine via, but the present invention is not limited to this.
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Abstract
基板処理方法は、基板上に無電解めっきによりRu膜を形成することと、Ru膜が形成された基板に不活性ガスのプラズマによる処理を行うことと、不活性ガスのプラズマによる処理の後、基板を還元処理することとを有する。
Description
本開示は、基板処理方法および基板処理システムに関する。
特許文献1には、埋め込み型の多層配線を形成するにあたり、配線の上に設けられる絶縁膜に形成されたビアにおいて、配線が露出する底面から、露出する配線を触媒にして、無電解めっきによりCu、Co、NiまたはRuを含む膜を形成することが記載されている。
本開示は、無電解めっきを用いて、健全で低抵抗のRu膜を形成することができる基板処理方法および基板処理システムを提供する。
本開示の一態様に係る基板処理方法は、基板上に無電解めっきによりRu膜を形成することと、前記Ru膜が形成された基板に不活性ガスのプラズマによる処理を行うことと、前記不活性ガスのプラズマによる処理の後、基板を還元処理することと、を有する。
本開示によれば、無電解めっきを用いて、健全で低抵抗のRu膜を形成することができる基板処理方法および基板処理システムが提供される。
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
<経緯>
まず、経緯について説明する。
上記特許文献1には、ビア内に無電解めっきによりCu、Co、NiまたはRuを含む膜を形成することが記載されている。これらの中でRuは次世代配線材料として注目されている。しかし、Ruは酸化されやすく、as depoで膜表面および膜中に酸化が見られる。また、Ruは、as depo状態では十分に結晶化しておらず、グレインサイズが微小でありアモルファスに近い状態である。このため、as depo状態のRu膜は抵抗が高い。
まず、経緯について説明する。
上記特許文献1には、ビア内に無電解めっきによりCu、Co、NiまたはRuを含む膜を形成することが記載されている。これらの中でRuは次世代配線材料として注目されている。しかし、Ruは酸化されやすく、as depoで膜表面および膜中に酸化が見られる。また、Ruは、as depo状態では十分に結晶化しておらず、グレインサイズが微小でありアモルファスに近い状態である。このため、as depo状態のRu膜は抵抗が高い。
このため、無電解めっきによりRu膜を形成した後、Ru膜に還元アニールのような還元処理を施して、Ruの酸化物を分解し、かつ、結晶化を促進することが考えられる。
しかし、無電解めっきにより形成されたas depo状態のRu膜に還元アニールのような還元処理を施すと、図1の模式図に示すように、Ru膜の結晶粒界に沿ってクラックCが発生することが判明した。クラックの主要因は、Ruは酸化されやすく、Ruのグレイン間に酸化物が形成されるため、還元処理時に酸素が脱離してRuグレイン間の密着性が劣化すること、および、還元処理による結晶化促進によって体積収縮が生じることであると考えられる。
そこで、一実施形態では、無電解めっきによりRu膜を形成した後の後処理として、基板に対してArガスまたはN2ガスのような不活性ガスのプラズマによる処理を行い、その後還元処理を行う。基板に対して不活性ガスのプラズマによる処理を行う際には、不活性ガスのプラズマの物理作用により、Ruグレインを破壊し、Ru酸化物を分解することができる。このため、グレイン間の密着性の劣化が生じることがなく、その後の還元処理により結晶化が促進された際の体積収縮によるクラックが抑制され、健全で低抵抗のRu膜を形成することができる。
<基板処理方法>
次に、一実施形態に係る基板処理方法についてより具体的に説明する。
図2は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。
本実施形態の基板処理方法は、基板上に無電解めっきにてRu膜を形成する工程(ステップST1)と、Ru膜を形成した後の基板に対して不活性ガスのプラズマによる処理を行う工程(ステップST2)と、ステップST2の後の基板を還元処理する工程(ステップST3)とを含む。
次に、一実施形態に係る基板処理方法についてより具体的に説明する。
図2は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。
本実施形態の基板処理方法は、基板上に無電解めっきにてRu膜を形成する工程(ステップST1)と、Ru膜を形成した後の基板に対して不活性ガスのプラズマによる処理を行う工程(ステップST2)と、ステップST2の後の基板を還元処理する工程(ステップST3)とを含む。
ステップST1において、基板は特に限定されないが、シリコン(Si)等の半導体基体を有する半導体基板(半導体ウエハ)を用いることができる。例えば、図3に示すような構造の基板であってよい。図3の基板Wは、半導体基体であるSi基体(図示せず)上に設けられた構造部110を有する。構造部110は、下層配線101と、下層配線101上に形成された絶縁膜102とを有し、絶縁膜102には微細なビア103が形成されている。ビア103の底面には下層配線101が露出している。絶縁膜102は、下層の窒化膜102aと上層の酸化膜102bとを有する。下層配線101は、CuまたはRuを好適に用いることができる。その他、NiまたはCoを用いることもできる。
ステップST1の無電解めっき処理は、基板上に無電解めっきのための薬液(めっき液)を塗布した後、加熱することにより行われる。加熱温度は50~85℃が好ましい。加熱後は基板に対して乾燥処理が行われる。
基板が図3に示す構造を有する場合は、図4に示すように、無電解めっき処理を施すことにより、ビア103にRu膜105を埋め込む。このとき、ビア103の底面に露出する下層配線101を触媒にしてビア103の底面からRu膜105がボトムアップ成長する。
ステップST2の不活性ガスのプラズマによる処理を行う工程は、無電解めっきによりRu膜が形成された基板を不活性ガスのプラズマに曝し、Ru膜にプラズマの物理作用を及ぼす。これにより、酸化Ru膜のRuグレインを破壊し、Ru膜が酸化して形成されたRu酸化物を分解することができる。
ステップST2のプラズマ処理は、真空雰囲気中で行われる。その際の圧力は100mTorr~2Torr(13.3~266.6Pa)の範囲であってよい。また、基板温度は70~400℃の範囲であってよく、70~130℃、さらには100~130℃の範囲が好ましい。130℃を超えるとデガスが多くなる傾向となる。ステップST2の処理時間は、5~300secであってよい。不活性ガスとしては、ArガスやHeガスのような希ガスや、N2ガス等を用いることができる。これらの中では、Arガス、N2ガスが好ましいが、特に、原子数が大きく物理作用が大きいArガスが好ましい。Arガス100%であってもよいが、Arガス+Heガス、Arガス+N2ガス等、2以上の不活性ガスを混合してもよい。ステップST2のプラズマは特に限定されず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等、種々のプラズマを用いることができる。
また、ステップST2においては、基板にバイアスを印加してよい。基板にバイアスを印加することにより、基板にプラズマ中のイオンを引き込むことができ、基板表面のRu膜への物理作用を増大させることができる。特に、原子数が大きいArイオンを引き込むことにより大きな効果を得ることができる。バイアスは、高周波バイアスであってよい。
ステップST3の基板を還元処理する工程は、Ru膜の酸化している部分を還元するとともに、Ru膜の結晶化を促進して、Ru膜を低抵抗化する工程である。
還元処理は、還元アニールまたは水素プラズマ処理であってよい。還元アニールは、還元ガスを供給しつつ基板を加熱する処理であり、常圧処理であってよい。水素プラズマ処理は、H2ガスを含むガス、例えば、H2ガス単独、またはH2ガス+不活性ガスのプラズマにより基板を処理するものであり、真空処理であってよい。
還元処理が還元アニールの場合、基板温度は200~430℃、例えば400℃であってよい。還元ガスとしては、フォーミングガス、H2ガス、ギ酸等を挙げることができ、これらの少なくとも一種を好適に用いることができる。フォーミングガスはH2ガスとN2ガスの混合ガスであり、H2ガスが爆発限界の5.7%以下、例えば4%のものを用いることができる。還元アニールの時間はRu膜の厚さにもよるが、5~120min程度であってよい。還元アニールが常圧処理であっても、ガス組成が維持できるよう、密閉構造の装置を用いて行うことが好ましい。
還元処理が水素プラズマ処理である場合、上述したように処理は真空雰囲気中であってよく、その際の圧力は100mTorr~2Torr(13.3~266.6Pa)の範囲であってよい。また、基板温度は70~400℃の範囲であってよく、70~130℃の範囲、さらには100~130℃の範囲が好ましい。水素プラズマ処理は、H2ガスまたはH2ガス+不活性ガスのプラズマを用いて行うことができる。この際のプラズマは特に限定されず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等、種々のプラズマを用いることができる。還元処理を水素プラズマ処理で行う場合は、ステップST2の不活性ガスのプラズマ処理と同じ装置で行ってもよい。
以上のように、本実施形態では、ステップST2の不活性ガスのプラズマ処理を行う工程を経た後に、ステップST3の還元処理を行うことにより、酸素脱離によるグレイン間の密着性低下、および還元処理の際の結晶化促進によるクラックの発生が抑制される。
つまり、ステップST2の不活性ガスのプラズマによる処理で、Ruグレインを破壊し、Ru酸化物を分解することができるので、グレイン間の密着性の劣化を抑制でき、その後の還元処理による体積収縮によるクラックを抑制することができる。
ステップST2のプラズマ処理の反応モデルとしては、Si基板にインプラにより不純物をドープする際に生じるSi結晶の破壊、アモルファス化と同様のものであると推定される。
このように、本実施形態によれば、無電解めっきにより形成されたRu膜を、クラックを発生させずに還元することができ、健全で低抵抗のRu膜を形成することができる。
また、基板として、図3に示すような微細なビア103が形成された構造を有するものを用い、ビア103内にRu膜を埋め込む場合、従来のCVDやPVDではボイドレスの埋め込みは困難であるが、本実施形態のように無電解めっきを用いることによりボイドレスで埋め込むことができる。すなわち、無電解めっきの場合、Ruは、ビア103の底面に露出している下層配線101を触媒として下層配線101から選択成長し、ボトムアップ成長により埋め込まれ、微細なビアであってもボイドレスで埋め込むことができる。また、膜形成の際の温度も100℃未満と低温である。そして、本実施形態では、上述したように、無電解めっきによりクラックを発生させずに低抵抗のRu膜を得ることができるため、このようなビアにRuを無電解めっきにより埋め込む際の利点を有効に発揮することができる。
<基板処理システム>
次に、以上の基板処理方法を実施するための基板処理システムについて説明する。
図5は、一実施形態の基板処理方法を実施するための基板処理システムを示すブロック図である。
次に、以上の基板処理方法を実施するための基板処理システムについて説明する。
図5は、一実施形態の基板処理方法を実施するための基板処理システムを示すブロック図である。
基板処理システム200は、無電解めっき装置300、不活性ガスプラズマ処理装置400、および、還元処理装置500を有している。無電解めっき装置300と不活性ガスプラズマ処理装置400間の基板の搬送、および、不活性ガスプラズマ処理装置400と還元処理装置500との間の基板の搬送は、それぞれ基板搬送機構600および700により行われる。また、基板処理システム200は、無電解めっき装置300、不活性ガスプラズマ処理装置400、還元処理装置500、ならびに基板搬送機構600および700を制御するための制御部800を有している。以下、個別的に説明する。
[無電解めっき装置]
図6は無電解めっき装置300の一例を示す断面図である。無電解めっき装置300は、無電解めっきによりRu膜を形成するものであり、図6に示すように、チャンバ51と、基板保持部52と、めっき液供給部53とを備える。基板保持部52は、チャンバ51内に配置され、基板Wの下面(裏面)を真空吸着するチャック部材521を有し、基板Wを水平に保持する。基板保持部52はメカニカルチャックであってもよい。めっき液供給部53は、基板保持部52により保持されている基板Wの上面(処理面)にめっき液L1を供給する。
図6は無電解めっき装置300の一例を示す断面図である。無電解めっき装置300は、無電解めっきによりRu膜を形成するものであり、図6に示すように、チャンバ51と、基板保持部52と、めっき液供給部53とを備える。基板保持部52は、チャンバ51内に配置され、基板Wの下面(裏面)を真空吸着するチャック部材521を有し、基板Wを水平に保持する。基板保持部52はメカニカルチャックであってもよい。めっき液供給部53は、基板保持部52により保持されている基板Wの上面(処理面)にめっき液L1を供給する。
基板保持部52には、回転シャフト522を介して回転モータ523が連結されている。回転モータ523が駆動されると、基板保持部52は基板Wとともに回転する。回転モータ523はチャンバ51に固定されたベース524に支持されている。
めっき液供給部53は、基板保持部52に保持された基板Wにめっき液L1を吐出するめっき液ノズル531と、めっき液ノズル531にめっき液L1を供給するめっき液供給源532と、を有する。めっき液供給源532は、所定の温度に温調されためっき液L1をめっき液ノズル531に供給する。めっき液ノズル531は、ノズルアーム56に保持されて、移動可能に構成されている。
めっき液L1は、例えば、自己触媒型(還元型)無電解めっき用のめっき液であり、Ruイオンと、次亜リン酸、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン等の還元剤とを含有する。めっき液L1は、適宜の添加剤を含有していてもよい。めっき液ノズル531からめっき液L1を吐出することにより、基板Wの上面にRu膜が塗布される。
無電解めっき装置300は、他の処理液供給部として、基板保持部52に保持された基板Wの上面に洗浄液L2を供給する洗浄液供給部54と、基板Wの上面にリンス液L3を供給するリンス液供給部55と、をさらに備える。
洗浄液供給部54は、基板保持部52に保持された基板Wに洗浄液L2を吐出する洗浄液ノズル541と、洗浄液ノズル541に洗浄液L2を供給する洗浄液供給源542と、を有する。洗浄液L2としては、例えば、有機酸や希フッ酸(DHF)を使用することができる。洗浄液ノズル541は、ノズルアーム56に保持されて、めっき液ノズル531とともに移動可能になっている。
リンス液供給部55は、基板保持部52に保持された基板Wにリンス液L3を吐出するリンス液ノズル551と、リンス液ノズル551にリンス液L3を供給するリンス液供給源552と、を有する。リンス液ノズル551は、ノズルアーム56に保持されて、めっき液ノズル531および洗浄液ノズル541とともに移動可能になっている。リンス液L3としては、例えば、純水を使用することができる。
めっき液ノズル531、洗浄液ノズル541、およびリンス液ノズル551を保持するノズルアーム56は、図示しないノズル移動機構によって水平方向および上下方向に移動されるように構成され、ノズルアーム56は、基板Wにめっき液L1、洗浄液L2またはリンス液L3を吐出する吐出位置と、吐出位置から退避した退避位置との間で移動可能になっている。吐出位置は、基板Wの上面の任意の位置に液を供給できる位置であり、例えば、基板Wの中心に液を供給可能できる位置である。退避位置は、基板Wの外側の位置である。
基板保持部52の周囲には、カップ571が設けられている。このカップ571は、リング状に形成されており、基板Wの回転時に、基板Wから飛散した液を受け止めて、後述するドレンダクト581に案内する。カップ571の外周側には雰囲気遮断カバー572が設けられており、基板Wの周囲の雰囲気がチャンバ51内に拡散することを抑制している。この雰囲気遮断カバー572は、上下方向に延びるように円筒状に形成されており、上端が開口している。雰囲気遮断カバー572内に、後述する蓋体6が上方から挿入可能になっている。
カップ571の下方には、ドレンダクト581が設けられている。このドレンダクト581は、リング状に形成されており、カップ571によって受け止められて下降した液や、基板Wの周囲から直接的に下降した処理液を受けて排出する。ドレンダクト581の内周側には、内側カバー582が設けられている。
基板保持部52に保持されている基板Wの上面は、蓋体6によって覆われる。蓋体6は、水平方向に延びる天井部61と、天井部61から下方に延びる側壁部62と、を有する。天井部61は、蓋体6が後述の下方位置(すなわち処理位置)に位置した場合に、基板保持部52に保持された基板Wの上方の基板Wに対して比較的小さな間隔で対向する。
天井部61は、第1天井板611と、第1天井板611上に設けられた第2天井板612と、を含む。第1天井板611と第2天井板612とは、ヒータ63を挟むようにして設けられている。第1天井板611と第2天井板612との間にはヒータ63の外周側にシールリング613が設けられており、このシールリング613によってヒータ63が密封され、ヒータ63がめっき液L1などの液に触れないように構成されている。第1天井板611および第2天井板612は、めっき液L1などの液に対する耐腐食性を有することが好適な材料、例えば、アルミニウム合金によって形成されていてもよい。さらに耐腐食性を高めるために、第1天井板611、第2天井板612および側壁部62は、テフロン(登録商標)でコーティングされていてもよい。
蓋体6には、蓋体アーム71を介して蓋体移動機構7が連結されている。蓋体移動機構7は、蓋体6を水平方向に移動させる旋回モータ72と、蓋体6を上下方向に移動させるシリンダ73と、を有する。旋回モータ72は、シリンダ73に対して上下方向に移動可能に設けられた支持プレート74上に取り付けられている。
蓋体移動機構7の旋回モータ72は、蓋体6を、基板保持部52に保持された基板Wの上方に配置された上方位置と、上方位置から退避した退避位置との間で移動させる。退避位置は、チャンバ51内の基板Wの外側の位置である。旋回モータ72の回転軸線は、上下方向に延びており、蓋体6は、上方位置と退避位置との間で、水平方向に旋回移動可能になっている。
蓋体移動機構7のシリンダ73は、蓋体6を下方位置(図6において実線で示す位置)と、上方位置(図6において二点鎖線で示す位置)との間で移動させて、上面にめっき液L1が盛られた基板Wと天井部61の第1天井板611との間隔を調節する。蓋体6が下方位置に配置される場合、第1天井板611が基板Wに近接する。
上述した下方位置に蓋体6が位置された場合に、基板W上のめっき液L1がヒータ63によって加熱されるように構成されている。
蓋体6の側壁部62は、天井部61の第1天井板611の周縁部から下方に延びており、蓋体6が下方位置に位置されて基板W上のめっき液L1を加熱する際に基板Wの外周側に配置される。
蓋体6の天井部61および側壁部62は、蓋体カバー64により覆われている。この蓋体カバー64は、蓋体6の第2天井板612上に、複数の支持部65を介して載置されている。蓋体カバー64は、蓋体6内の熱が周囲に逃げることを抑制するために、天井部61および側壁部62よりも高い断熱性を有する材料、例えば、樹脂材料により形成されていることが好適である。
チャンバ51の上部には、蓋体6の周囲に清浄な空気を供給するファンフィルターユニット59が設けられている。ファンフィルターユニット59は、チャンバ51内(特に、雰囲気遮断カバー572内)に空気を供給する。供給された空気は、後述する排気管81に向かって流れる。蓋体6の周囲には、この空気が下向きに流れるダウンフローが形成され、めっき液L1などの処理液から気化したガスは、このダウンフローによって排気管81に向かって流れる。これにより、処理液から気化したガスが上昇してチャンバ51内に拡散することが防止される。
上述したファンフィルターユニット59から供給された気体は、排気機構8によって排出されるようになっている。この排気機構8は、カップ571の下方に設けられた2つの排気管81と、ドレンダクト581の下方に設けられた排気ダクト82と、を有する。2つの排気管81は、ドレンダクト581の底部を貫通し、排気ダクト82にそれぞれ連通している。排気ダクト82は、上方から見た場合に実質的に半円リング状に形成されている。ドレンダクト581の下方には1つの排気ダクト82が設けられており、この排気ダクト82に2つの排気管81が連通している。
このように構成された無電解めっき装置300においては、まず、ファンフィルターユニット59から清浄な空気がチャンバ51内に供給された状態で、基板Wが無電解めっき装置300に搬入され、基板保持部52に水平に保持される。
次に、基板保持部52に保持された基板Wの洗浄処理が行われる。この洗浄処理では、回転モータ523により基板Wを所定の回転数で回転させ、ノズルアーム56を退避位置から吐出位置に移動させ、回転する基板Wの上面に洗浄液ノズル541から洗浄液L2を供給する。これにより基板Wの表面が洗浄され、付着物等が除去される。基板Wに供給された洗浄液L2はドレンダクト581に排出される。
続いて、基板Wのリンス処理が行われる。このリンス処理では、回転する基板Wにリンス液ノズル551からリンス液L3が供給し、基板Wの表面のリンス処理を行う。これにより基板W上に残存する洗浄液L2が洗い流される。基板Wに供給されたリンス液L3はドレンダクト581に排出される。
次に、基板保持部52により保持されている基板Wの上面にめっき液L1を供給し、基板Wの上面上にめっき液L1のパドルを形成する。基板W上面上へのパドル形成は、例えば以下のように行われる。まず、基板Wの回転数をリンス処理時よりも少ない回転数で回転させた状態で、めっき液ノズル531から基板Wの上面にめっき液L1を吐出させる。このめっき液L1は表面張力によって上面に留まり、めっき液L1の層である、いわゆるパドルが形成される。めっき液L1の一部は、上面から流出してドレンダクト581を介して排出される。所定量のめっき液L1をめっき液ノズル531から吐出させた後、めっき液L1の吐出を停止する。その後、ノズルアーム56を退避位置に退避させる。このように基板Wを回転させながらパドル形成を行うことにより、めっき膜を均一化させることができる。なお、基板Wの回転を停止させて、めっき液L1の盛り付け量を増大させてもよい。
次に、基板W上に盛り付けられためっき液L1を加熱する処理を実施する。このめっき液加熱処理は、蓋体6で基板Wを覆う操作と、不活性ガスを供給する操作と、蓋体6を下方位置に配置して実際にめっき液L1を加熱する操作と、蓋体6を基板W上から退避させる操作と、を有する。なお、めっき液L1を加熱する処理の際にも、基板Wの回転数(停止の場合も含む)は、めっき液盛り付けの際と同様に維持されることが好適である。
不活性ガスを供給する操作は、基板保持部52に保持されている基板Wと下方位置に配置されている蓋体6との間のスペースに図示しない不活性ガス供給機構から不活性ガスを供給し、基板Wの周囲を低酸素雰囲気に保ちつつ基板Wの上面のめっき処理を行うためのものである。
実際にめっき液L1を加熱する操作により、めっき液L1の温度が、めっき液L1中の成分が析出する温度まで上昇すると、基板Wの上面にめっき液L1の成分が析出してめっき膜(Ru膜)が形成され成長する。この加熱する操作は、めっき液L1の温度が、めっき膜が析出する温度、例えば50~85℃に維持され、所望厚さのめっき膜を得るのに必要な時間行われる。
次に、基板Wのリンス処理が行われる。このリンス処理では、まず、基板Wの回転数をめっき処理(パドル形成および加熱)の際の回転数よりも増大させ、例えばめっき処理前の基板リンス処理と同様の回転数で基板Wを回転させる。続いて、リンス液ノズル551を退避位置から吐出位置に移動させる。次に、回転する基板Wにリンス液ノズル551からリンス液L3を供給して、基板W上に残存するめっき液L1を洗い流す。
続いて、基板Wの乾燥処理を行う。この乾燥処理では、基板Wを高速で回転させ、基板W上に残存するリンス液L3を振り切り乾燥させる。これにより、乾燥された状態の無電解めっき膜であるRu膜を有する基板が得られる。この場合、N2ガスなどの不活性ガスを基板Wに吹き付けて、乾燥を促進してもよい。
その後、基板Wを基板保持部52から取り出して、無電解めっき装置300から搬出する。
なお、無電解めっき装置300は、実際には、複数台配置されてユニット化されており、搬入出ステーションに配置され、複数の基板を収納する基板収納容器から搬送機構により、基板をいずれかの無電解めっき装置300へ搬送して処理を行うように構成される。
[不活性ガスプラズマ処理装置]
図7は不活性ガスプラズマ処理装置400の一例を示す断面図である。不活性ガスプラズマ処理装置400は、無電解めっきにより形成されたRu膜に対して不活性ガスによるプラズマ処理を行うものであり、容量結合プラズマ処理装置として構成されている。
図7は不活性ガスプラズマ処理装置400の一例を示す断面図である。不活性ガスプラズマ処理装置400は、無電解めっきにより形成されたRu膜に対して不活性ガスによるプラズマ処理を行うものであり、容量結合プラズマ処理装置として構成されている。
この不活性ガスプラズマ処理装置400は、略円筒状をなし、金属、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成された処理容器(チャンバ)210を有している。この処理容器210は保安接地されている。
処理容器210の底部には、セラミックス等からなる絶縁板212を介して円柱状の金属製の支持台214が配置され、この支持台214の上に金属例えばアルミニウムで構成された基板載置台216が設けられている。基板載置台216は下部電極を構成する。基板載置台216は上面に基板Wを静電力で吸着保持する静電チャック218を有している。この静電チャック218は、絶縁体の内部に電極220が設けられた構造を有するものであり、電極220に吸着用直流電源222から直流電圧を印加することにより、クーロン力等の静電力により基板Wが吸着保持される。
静電チャック218の周囲部分には、プラズマ処理の均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング224が配置されている。基板載置台216および支持台214の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材226が設けられている。
支持台214の内部には温調機構228が設けられている。この温調機構228には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管230a,230bを介して温調媒体が循環供給される。また、基板載置台216内にはヒータ219が設けられている。温調機構228およびヒータ219により、基板Wの温度が例えば70~400℃の範囲の所望の温度に制御される。
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスがガス供給ライン232を介して静電チャック218の上面と基板Wの裏面との間に供給される。
基板載置台(下部電極)216の上方には、基板載置台216と対向するように上部電極234が設けられている。そして、上部電極234および基板載置台(下部電極)216の間の空間がプラズマ生成空間となる。
上部電極234は、絶縁性遮蔽部材243を介して、処理容器210の上部に支持されている。上部電極234は、基板載置台216との対向面を構成しかつ多数のガス吐出孔237を有する電極板236と、この電極板236を着脱自在に支持する水冷構造の電極支持体238とによって構成されている。電極支持体238の内部には、ガス拡散室240が設けられ、このガス拡散室240からはガス吐出孔237に連通する多数のガス通流孔241が下方に延びている。電極支持体238にはガス拡散室240へ不活性ガスを導くガス導入口242が形成されており、このガス導入口242には後述するガス供給部250に接続されたガス配管251が接続されている。そして、ガス供給部250から供給された不活性ガスがガス拡散室240に供給され、ガス通流孔241およびガス吐出孔237を介して処理容器210内のプラズマ生成空間に供給される。すなわち、上部電極234はシャワーヘッドとして構成される。
ガス供給部250は、プラズマを生成するための不活性ガスを供給するものであり、ガス供給源と、配管と、流量制御器とを有している。ガス供給部250からの不活性ガスは、上述のようにガス配管251を介してガス拡散室240に供給される。ガス供給部250から供給される不活性ガスとしては、ArガスやHeガスのような希ガスや、N2ガス等を用いることができる。これらの中では、原子数が大きく物理作用が大きいArガスが好ましい。2以上の不活性ガスを混合してもよい。
処理容器210の底部には排気口260が設けられ、この排気口260に排気管262を介して排気装置264が接続されている。排気装置264は、自動圧力制御バルブおよび真空ポンプを有し、この排気装置264により、処理容器210内を排気するとともに、処理容器210内を所望の真空度に保持することが可能となっている。処理容器210の側壁には、処理容器210に対して基板Wを搬入出するための搬入出口265が設けられており、この搬入出口265はゲートバルブ266で開閉するように構成されている。
上部電極234には、プラズマ生成用の第1の高周波電源288が電気的に接続されている。第1の高周波電源288から上部電極234に給電する給電線289には第1の整合器287が介装されている。第1の高周波電源288から上部電極234に高周波電力が供給されることにより、上部電極234および基板載置台(下部電極)216の間のプラズマ生成空間に高周波電界が形成され、容量結合プラズマが生成される。第1の高周波電源288から供給される高周波電力は、周波数が0.4~100MHz、パワーが100~3000Wであってよい。第1の整合器287は、第1の高周波電源288側のインピーダンスに負荷(プラズマ)インピーダンスを整合させるためのものである。
下部電極である基板載置台216には、バイアス印加用の第2の高周波電源292が電気的に接続されている。第2の高周波電源292から基板載置台216に給電する給電線293には第2の整合器291が介装されている。第2の高周波電源292から基板載置台216に高周波電力が供給されることにより、基板Wにバイアスが印加され、基板Wにイオンが引き込まれる。このように、基板Wにバイアスを印加して基板にプラズマ中のイオン、特にArイオンを引き込むことにより、基板表面のRu膜への物理作用を増大させることができる。第2の高周波電源292から供給される高周波電力は、周波数が0.4~100MHz、パワーが100~1000Wであってよい。第2の整合器291は、第2の高周波電源292側のインピーダンスに負荷(プラズマ)インピーダンスを整合させるためのものである。第2の高周波電源292は必須ではないが、基板Wへの物理作用を増大させる観点からは設けることが好ましい。
このように構成された不活性ガスプラズマ処理装置400においては、まず、基板Wを処理容器210内に搬入し、基板載置台216上に載置する。このとき、基板載置台216の温度は、温調機構228およびヒータ219により、載置された基板Wの温度が70~400℃、好適には70~130℃、さらには100~130℃になるように制御される。
次いで、処理容器210内を真空排気した後、処理容器210内に不活性ガスを供給しつつ、処理容器210内を例えば100mTorr~2Torr(13.3~266.6Pa)に調圧する。
この状態で、ガス供給部250から不活性ガスを供給しつつ、上部電極234に、プラズマ生成用の第1の高周波電源288から高周波電力を供給することにより、プラズマ生成空間に容量結合プラズマが生成され、基板Wの表面のRu膜にプラズマの物理作用が及ぼされる。また、下部電極である基板載置台216にバイアス印加用の第2の高周波電源292から高周波電力を供給することにより基板Wにバイアスが印加され、基板Wにプラズマ中のイオンが引き込まれる。これにより、Ru膜への物理作用が増大する。特に、不活性ガスとして原子数が大きいArガスを用いることにより、Ru膜への物理作用をより高めることができる。
以上のようなプラズマ処理を予め定められた時間、例えば5~300sec行った後、プラズマをオフにし、処理容器210内を不活性ガスでパージした後、処理容器210から搬出する。
なお、本例では、容量結合プラズマを用いた例を示したが、誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等の他のプラズマであってよい。
また、不活性ガスプラズマ処理装置400は、実際には、真空に保持された真空搬送室に接続され、搬入出ステーションに配置された基板収納容器からロードロック室を介して真空搬送室内の搬送機構により基板が不活性ガスプラズマ処理装置400へ搬送されるように構成されたシステムに組み込まれる。
[還元処理装置]
図8は還元処理装置500の一例を示す断面図である。還元処理装置500は、処理容器310と、加熱プレート320と、ガス供給部330とを有する。
図8は還元処理装置500の一例を示す断面図である。還元処理装置500は、処理容器310と、加熱プレート320と、ガス供給部330とを有する。
処理容器310は、略密閉構造の円筒状をなす金属製容器であり、内部は常圧に保持される。処理容器310内の底部中央に加熱プレート320が設けられる。処理容器310の側壁には基板Wを搬入出するための搬入出口311が形成されており、搬入出口311はシャッター312により開閉される。また、処理容器310の天壁中央には、還元ガスを導入するガス導入口313が形成されており、底壁の加熱プレート320の外側には、複数の排気口314が形成されている。
加熱プレート320は、金属製で上面に基板Wを載置して加熱するものであり、内部にヒータ321が埋設されている。ヒータ321は、載置されている基板Wの温度が200~430℃、例えば400℃になるように加熱プレート320を加熱する。
ガス供給部330は、配管331およびガス導入口313を介して還元ガスを処理容器310内に供給するものである。還元ガスとしては、フォーミングガス、H2ガス、ギ酸等を用いることができる。
このように構成された還元処理装置500においては、まず、搬送機構(図示せず)により、不活性ガスによるプラズマ処理が行われた後の基板Wを処理容器310内に搬入し、加熱プレート320上に載置する。このとき、加熱プレート320の温度は、ヒータ321により、載置された基板Wの温度が200~430℃、例えば400℃になるように制御される。
次いで、ガス供給部330から処理容器310内に還元ガスを供給し、加熱プレート320上の基板Wに還元処理を施す。これにより、Ru膜の酸化している部分を還元するとともに、Ru膜の結晶化を促進して、Ru膜を低抵抗化する。このときの処理時間は、5~120min程度であってよい。
還元ガスを所定時間供給した後、還元ガスの供給を停止し、搬送機構(図示せず)により、加熱プレート320上の基板を処理容器310から搬出する。
なお、還元アニール装置として構成される還元処理装置500は、実際には、搬入出ステーションに配置された基板収納容器から搬送機構により基板が還元処理装置500へ搬送されるように構成されたシステムに組み込まれる。
なお、上記例では、還元処理装置500として常圧で還元アニールを行うものについて説明したが、還元処理装置500として、水素プラズマ処理を行う水素プラズマ処理装置を用いてもよい。このような水素プラズマ処理装置としては、図7に示す不活性ガスプラズマ処理装置400と同様の構造を有し、ガス供給部から供給されるガスをH2ガスまたはH2ガス+不活性ガスとしたものを用いることができる。ただし、水素プラズマ処理装置の場合は、バイアス用の高周波電源は用いなくてよい。また、図7に示す不活性ガスプラズマ処理装置400のガス供給部250にH2ガス供給機能をもたせて、不活性ガスプラズマ処理装置400で還元処理を行えるようにしてもよい。
還元処理装置500として還元アニール装置を用いる場合には、真空処理が行われる不活性ガスプラズマ処理装置400から常圧にする必要がある。これに対し、還元処理が水素プラズマ処理の場合は真空処理であるため、不活性ガスプラズマ処理と水素プラズマ処理を一つの真空システムで実現でき、効率的である。また、不活性ガスプラズマ処理装置400で水素プラズマ処理を行えるようにする(不活性ガスプラズマ処理装置400と還元処理装置500とを一つの装置で行う)ことにより、さらに高効率の基板処理システムを実現できる。
[基板搬送機構]
基板搬送機構600および700は、それぞれ、無電解めっき装置300と不活性ガスプラズマ処理装置400との間、および、不活性ガスプラズマ処理装置400と還元処理装置500との間で、基板を基板収納容器に複数収納された状態で搬送するものである。基板搬送機構600および700は、無電解めっきにより形成されたRu膜の酸化が抑制されるように、基板収納容器を、不活性雰囲気や還元雰囲気のような非酸化性雰囲気に保持された状態で搬送することが好ましい。
基板搬送機構600および700は、それぞれ、無電解めっき装置300と不活性ガスプラズマ処理装置400との間、および、不活性ガスプラズマ処理装置400と還元処理装置500との間で、基板を基板収納容器に複数収納された状態で搬送するものである。基板搬送機構600および700は、無電解めっきにより形成されたRu膜の酸化が抑制されるように、基板収納容器を、不活性雰囲気や還元雰囲気のような非酸化性雰囲気に保持された状態で搬送することが好ましい。
[制御部]
制御部800は、基板処理システム200の各構成部、すなわち、無電解めっき装置300、不活性ガスプラズマ処理装置400、還元処理装置500、基板搬送機構600および700を制御する。制御部800は、CPU(コンピュータ)を有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置を有している。制御部800の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、基板処理システム200に所望の動作を実行させる。
制御部800は、基板処理システム200の各構成部、すなわち、無電解めっき装置300、不活性ガスプラズマ処理装置400、還元処理装置500、基板搬送機構600および700を制御する。制御部800は、CPU(コンピュータ)を有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置を有している。制御部800の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、基板処理システム200に所望の動作を実行させる。
基板処理システム200においては、制御部800の制御のもと、上記構成の無電解めっき装置300、不活性ガスプラズマ処理装置400、および、還元処理装置500を上記のように動作させることにより、一実施形態の基板処理方法を実現することができる。
<実験例>
ここでは、無電解めっきにより形成されたRu膜について、as depo状態(サンプル1)、めっき後、還元アニールのみを行ったサンプル(サンプル2)、めっき後、Arプラズマ処理を行い、その後還元アニールを行ったサンプル(サンプル3、4)を準備した。還元アニールは、還元ガスとしてフォーミングガス(4%H2)を用い、400℃で10分間行った。また、Arプラズマ処理は、Arガス100%で、上部への高周波電力(HF):1500W、下部への高周波電力(LF):500W、時間:100secを共通条件とし、サンプル3とサンプル4とで圧力、温度を変化させた。すなわち、サンプル3では、圧力:300mTorr、温度:80℃、サンプル4では、圧力:200mTorr、温度:120℃とした。
ここでは、無電解めっきにより形成されたRu膜について、as depo状態(サンプル1)、めっき後、還元アニールのみを行ったサンプル(サンプル2)、めっき後、Arプラズマ処理を行い、その後還元アニールを行ったサンプル(サンプル3、4)を準備した。還元アニールは、還元ガスとしてフォーミングガス(4%H2)を用い、400℃で10分間行った。また、Arプラズマ処理は、Arガス100%で、上部への高周波電力(HF):1500W、下部への高周波電力(LF):500W、時間:100secを共通条件とし、サンプル3とサンプル4とで圧力、温度を変化させた。すなわち、サンプル3では、圧力:300mTorr、温度:80℃、サンプル4では、圧力:200mTorr、温度:120℃とした。
SEM観察の結果、as depo状態のサンプル1では、結晶成長が十分進んでおらずアモルファスに近い状態であった。また、還元アニールのみを行ったサンプル2では、結晶成長は見られたが多数のクラックが見られた。Arプラズマ処理を行ったサンプルのうち、サンプル3では膜のクラックはほぼ解消されているが、膜中にわずかに欠陥が確認され、サンプル4で膜のクラックおよび欠陥はほぼみられなかった。
膜の抵抗率を測定した結果、as depo状態のサンプル1では113μΩ・cm、還元アニールのみを行ったサンプル2では43.7μΩ・cmであったのに対し、Arプラズマ処理を行ったサンプル3、4ではいずれも15.1μΩ・cmと低い抵抗率が得られた。
以上の結果から、無電解めっきにより形成したRu膜に対し、Arプラズマ処理を行った後、還元処理を行うことにより、健全で低抵抗のRu膜が得られることが確認された。
<他の適用>
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記実施形態の無電解めっき装置は例示に過ぎず、他の種々の構成の装置を用いることができる。また、上記実施形態では、不活性ガスプラズマ処理装置も例示に過ぎず、他の種々の構成の装置を用いることができ、プラズマとしても、上述したように、容量結合プラズマに限らず、誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等の他のプラズマを用いてもよい。
さらに、上記実施形態では、基板として半導体基体を有する半導体基板(半導体ウエハ)を用いた場合について示したが、基板は半導体ウエハに限らず、FPD(フラットパネルディスプレイ)基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。さらにまた、上記実施形態では、微細なビアにRu膜を埋め込む場合を示したが、これに限定されるものではない。
101;下層配線、102;絶縁膜、102a;窒化膜、102b;酸化膜、103;ビア、105;Ru膜、110;構造部、200;基板処理システム、300;無電解めっき装置、400;不活性ガスプラズマ処理装置、500;還元処理装置、600,700;基板搬送機構、800;制御部、W;基板
Claims (18)
- 基板上に無電解めっきによりRu膜を形成することと、
前記Ru膜が形成された基板に不活性ガスのプラズマによる処理を行うことと、
前記不活性ガスのプラズマによる処理の後、前記基板を還元処理することと、
を有する、基板処理方法。 - 前記無電解めっきにより前記Ru膜を形成することは、前記基板上に無電解めっき液を塗布することと、前記基板を加熱して前記Ru膜となるめっき膜を析出させることと、前記基板を乾燥させることと、を有する、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記めっき膜を析出させる際の前記基板の加熱は50~85℃で行われる、請求項2に記載の基板処理方法。
- 前記不活性ガスのプラズマによる処理において、前記不活性ガスはArガスまたはN2ガスを含む、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記不活性ガスのプラズマによる処理は、前記基板にバイアスを印加した状態で行う、請求項4に記載の基板処理方法。
- 前記基板は、下層配線と、前記下層配線の上に形成された絶縁膜と、底面に前記下層配線が露出するように前記絶縁膜に設けられたビアと、を有し、
前記Ru膜は、前記下層配線を触媒として前記下層配線からボトムアップ成長する、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の基板処理方法。 - 前記基板を還元処理することは、還元ガスを供給しつつ常圧で前記基板を加熱する還元アニールにより行われる、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記還元ガスは、フォーミングガス、H2ガス、ギ酸から成る群から選択された少なくとも一種である、請求項7に記載の基板処理方法。
- 前記基板を還元処理する際における前記基板の加熱温度は、200~430℃の範囲の温度である、請求項7に記載の基板処理方法。
- 前記基板を還元処理することは、H2ガスを含むガスのプラズマにより基板を処理する水素プラズマ処理により行われる、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記不活性ガスのプラズマによる処理は、圧力を13.3~266.6Paの範囲にして行う、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記不活性ガスのプラズマによる処理を行うことは、温度を70~400℃の範囲にして行う、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記不活性ガスのプラズマによる処理の際の時間は、5~300secである、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 基板上に無電解めっきによりRu膜を形成する無電解めっき装置と、
前記無電解めっき装置により前記Ru膜が形成された前記基板に、不活性ガスのプラズマによる処理を行う不活性ガスプラズマ処理装置と、
前記不活性ガスプラズマ処理装置による処理が行われた前記基板を還元処理する還元処理装置と、
を有する、基板処理システム。 - 前記不活性ガスプラズマ処理装置において、前記不活性ガスはArガスまたはN2ガスを含む、請求項14に記載の基板処理システム。
- 前記不活性ガスプラズマ処理装置は、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加手段を有する、請求項15に記載の基板処理システム。
- 前記還元処理装置は、還元ガスを供給しつつ常圧で前記基板を加熱する還元アニール装置である、請求項14から請求項16のいずれか一項に記載の基板処理システム。
- 前記還元処理装置は、H2ガスを含むガスのプラズマにより基板を処理する水素プラズマ処理装置である、請求項14から請求項16のいずれか一項に記載の基板処理システム。
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US20160126134A1 (en) * | 2014-10-29 | 2016-05-05 | Applied Materials, Inc. | Systems and methods for removing contamination from seed layer surface |
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-
2023
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