(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するためのクラスタアーキテクチャであって、
１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに結合された実験室雰囲気制御搬送モジュールであって、前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと、前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとは、第１の雰囲気環境を管理するように構成される、実験室雰囲気制御搬送モジュールと、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールおよび１つまたは複数のプラズマ処理モジュールに結合された真空搬送モジュールであって、前記真空搬送モジュールと、前記１つまたは複数のプラズマ処理モジュールとは、第２の雰囲気環境を管理するように構成される、真空搬送モジュールと、
前記真空搬送モジュールおよび１つまたは複数の雰囲気処理モジュールに結合された制御雰囲気搬送モジュールであって、前記制御雰囲気搬送モジュールと、前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールとは、第３の雰囲気環境を管理するように構成される、制御雰囲気搬送モジュールと、
を備え、
前記クラスタアーキテクチャは、前記第１、前記第２、または前記第３の雰囲気環境のいずれかにおける前記基板の制御された処理を可能にするクラスタアーキテクチャ。
【請求項２】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第３の雰囲気環境は、酸素フリーの不活性雰囲気であるクラスタアーキテクチャ。
【請求項３】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１の雰囲気環境は、酸素フリーの不活性雰囲気であるクラスタアーキテクチャ。
【請求項４】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第２の雰囲気環境は、真空に設定可能であるクラスタアーキテクチャ。
【請求項５】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境は、前記クラスタアーキテクチャの外側の非制御クリーンルーム環境から隔離されるクラスタアーキテクチャ。
【請求項６】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールは、金属めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
【請求項７】
請求項６に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記金属めっきシステムは、電解めっきシステムおよび無電解めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
【請求項８】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、さらに、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと前記真空搬送モジュールとの間に接続可能な第１のロードロックと、
前記真空搬送モジュールと前記制御雰囲気搬送モジュールとの間に接続可能な第２のロードロックと、
を備えるクラスタアーキテクチャ。
【請求項９】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとのやり取りは、前記基板をドライイン・ドライアウト手順で扱うエンドエフェクタによって可能にされるクラスタアーキテクチャ。
【請求項１０】
請求項９に記載のクラスタアーキテクチャであって、
プロキシミティヘッドシステムは、湿式基板処理モジュールであるクラスタアーキテクチャ。
【請求項１１】
請求項９に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記湿式基板処理モジュールの１つでは、非ニュートン流体が使用されるクラスタアーキテクチャ。
【請求項１２】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
湿式基板処理モジュールでは、ブラシシステムが使用されるクラスタアーキテクチャ。
【請求項１３】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールは、前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに基板を出入りさせるためのトラックおよびエンドエフェクタを有するストレッチモジュールによって形成されるクラスタアーキテクチャ。
【請求項１４】
請求項１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境は、スロットバルブおよびロードロックによって隔離され、前記スロットバルブは、前記ロードロックを通して前記基板の移行がなされるときに、前記雰囲気環境間の隔離を定めるものであり、前記クラスタアーキテクチャ内では、前記クラスタアーキテクチャの外側の酸素環境に前記基板を曝露させることなく乾式プラズマ処理および湿式処理が可能にされるクラスタアーキテクチャ。
【請求項１５】
クラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
１つまたは複数の湿式処理モジュールと相接するように実験室雰囲気搬送モジュールを構成することであって、前記搬送モジュールおよび前記１つまたは複数の湿式処理モジュールの各自は、第１の雰囲気環境の中で動作し、
１つまたは複数のプラズマ処理モジュールと相接するように真空搬送モジュールを構成することであって、前記真空搬送モジュールおよび前記１つまたは複数のプラズマ処理モジュールの各自は、第２の雰囲気環境の中で動作し、
１つまたは複数のめっきモジュールと相接するように制御雰囲気搬送モジュールを構成することであって、前記制御雰囲気搬送モジュールおよび前記１つまたは複数のめっきモジュールの各自は、第３の雰囲気環境の中で動作し、
前記クラスタアーキテクチャ内の前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境間で、外部の非制御雰囲気条件に曝露されることなく移行を可能にする
方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、さらに、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境間の移行を制御するためのレシピを構成することであって、前記レシピは、前記湿式処理モジュール、前記プラズマ処理モジュール、および前記めっきモジュールの特定のモジュールでいつ処理が実施されるかを定める方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第１の雰囲気環境は、前記クラスタアーキテクチャの外側のクリーンルーム圧力より高い圧力を有する方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第１の雰囲気環境は、酸素フリーまたは酸素フリーの不活性ガス充填環境である方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第２の雰囲気環境は、プラズマプロセス真空に保持される方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第３の雰囲気環境は、酸素フリーまたは酸素フリーの不活性ガス充填環境である方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
プラズマプロセス動作後の基板の移行は、前記プラズマプロセス動作後に前記基板を酸素に導くことなく無電解めっきのために前記真空搬送モジュールから前記制御雰囲気搬送モジュールへと行なわれる方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記実験室雰囲気搬送モジュールと、前記真空搬送モジュールと、前記制御雰囲気搬送モジュールとの間の前記基板の各移行は、前記クラスタアーキテクチャの外側のクリーンルームの非制御雰囲気に前記基板を曝露することなく制御される方法。
【請求項２３】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記湿式処理モジュールの少なくとも１つは、前記基板の表面の上にメニスカスを形成するように動作し、前記メニスカスは、前記湿式処理モジュールに対してドライイン・ドライアウト処理を可能にするために、前記基板の表面の上で形成され移動されるように形成される方法。
【請求項２４】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記湿式処理モジュールの少なくとも１つは、前記基板の表面の上に非ニュートン流体を形成するように動作する方法。
【請求項２５】
請求項１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記制御雰囲気搬送モジュールも、前記基板のドライイン・ドライアウト処理を機能させる方法。
【請求項２６】
基板を処理するためのクラスタアーキテクチャであって、
１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに結合された実験室雰囲気制御搬送モジュールであって、前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと、前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとは、第１の雰囲気環境を管理するように構成される、実験室雰囲気制御搬送モジュールと、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールおよび１つまたは複数のプラズマ処理モジュールに結合された真空搬送モジュールであって、前記真空搬送モジュールと、前記１つまたは複数のプラズマ処理モジュールとは、第２の雰囲気環境を管理するように構成される、真空搬送モジュールと、
前記真空搬送モジュールおよび１つまたは複数の雰囲気処理モジュールに結合された制御雰囲気搬送モジュールであって、前記制御雰囲気搬送モジュールと、前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールとは、酸素フリーの不活性雰囲気として構成可能な第３の雰囲気環境を管理するように構成される、制御雰囲気搬送モジュールと、
を備え、
前記クラスタアーキテクチャは、前記第１、前記第２、または前記第３の雰囲気環境のいずれかにおける前記基板の制御された処理を可能にし、動作中、前記第１、前記第２、および前記第３の環境は、前記クラスタアーキテクチャの外側の非制御クリーンルーム環境から隔離されるように構成されるクラスタアーキテクチャ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１の雰囲気環境は、酸素フリーの不活性雰囲気であるクラスタアーキテクチャ。
【請求項２８】
請求項２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールは、金属めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
【請求項２９】
請求項２８に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記金属めっきシステムは、電解めっきシステムおよび無電解めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
【請求項３０】
請求項２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、さらに、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと前記真空搬送モジュールとの間に接続可能な第１のロードロックと、
前記真空搬送モジュールと前記制御雰囲気搬送モジュールとの間に接続可能な第２のロードロックと、
を備えるクラスタアーキテクチャ。
【請求項３１】
請求項２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、さらに、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境間の前記基板の移動、ならびに前記雰囲気環境のそれぞれに接続された処理モジュールに出入りする前記基板の移動を制御するためのコンピュータを備えるクラスタアーキテクチャ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体処理は、一般に、環境およびツール動作を厳格に制御する高度な制御方式で実施される。これらのツールを収容するクリーンルームは、例えば、動作中に生成されえる粒子の量およびその他の制御パラメータを制限する厳格な要件を満たさなければならない。基板は、プロセス中に、多くのシステム間を移動する必要があり、システム間の移動は、多くの場合、集積回路デバイスを作成するために処理する必要がある所望のデバイス、層、および構造に応じて多数回にわたって繰り返される。
【０００２】
半導体機器は、半導体ウエハの製造に適したものであるための厳しい規定を満たさなければならず、これらの規定は、個々のツールに関連したものが最も一般的である。動作中、もしウエハを湿式ツールの中で処理する必要がある場合は、そのツールによる処理の完了後に、基板を、例えば乾燥ツールである別のツールに移送する必要がある。製造中、これらの基板は、クリーンルーム式の自動化システムを使用してツール間を移動されてよい。通常、基板は、密閉容器に入った状態で移送または移動され、次いで、他のツールに結合される。したがって、もしプラズマ処理動作が必要な場合は、基板は、１つまたは複数の搬送モジュールと乾燥処理モジュールとによって形成されるクラスタツールに移動されてよい。
【０００３】
プラズマ処理モジュールは、一般に、クラスタ状に結び付いているが、そのクラスタは、同じ雰囲気を有するタイプのプラズマ処理またはプロセスに限定される。要するに、もし処理が乾燥している（例えばプラズマ処理である）ならば、基板は、異なるタイプのシステムへの移動がプロセスで必要となるまでそのクラスタ内で扱われる。モジュール間およびクラスタ間の基板の移送は、非常に注意深く扱われるが、それでも、基板は酸素に曝露される。酸素は、クリーンルーム（または密閉容器）内に存在する酸素などであり、環境は、制御されクリーンではあるが、もし移動時に酸素に曝露されると、次の動作が実施可能になる前に特徴または層の酸化が引き起こされる可能性がある。クリーンルーム内での移送時に生じるものとして知られている単純な酸素への曝露は、多くの場合、コストおよびサイクルを増やして製作手順に追加の酸化物除去ステップを設けることで対応されている。しかしながら、たとえ酸化物除去ステップが実施された場合でも、次のステップまでの待ち時間によって、やはり同じ酸化が引き起こされることがある。
【０００４】
以上を考慮すると、製作プロセスにおいて非制御雰囲気への不要な曝露を回避しつつ基板を扱うためのシステム、構造、および方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
概して、実施形態は、基板を処理するためのクラスタアーキテクチャと、クラスタのモジュール間における移行を可能にするための方法とを提供することによって、上記の必要性を満たすものである。基板の処理は、処理の各段階中および１つまたは複数の搬送モジュール間の搬送中に制御雰囲気環境の中で実施され、また、バリア層上への直接的なめっきを可能にするおよびギャップ充填プロセス用のシード層の必要性を回避するためでもある。本発明は、解決策、方法、プロセス、装置、またはシステムを含む数々の形態で実現することができる。本発明のいくつかの発明実施形態が、以下で説明される。
【０００６】
一実施形態では、基板を処理するためのクラスタアーキテクチャが開示される。クラスタアーキテクチャは、１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに結合された実験室雰囲気制御搬送モジュールを含む。実験室雰囲気制御搬送モジュールと、１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとは、第１の雰囲気環境を管理するように構成される。実験室雰囲気制御搬送モジュールおよび１つまたは複数のプラズマ処理モジュールに結合された真空搬送モジュールもまた、提供される。真空搬送モジュールと、１つまたは複数のプラズマ処理モジュールとは、第２の雰囲気環境を管理するように構成される。そして、真空搬送モジュールおよび１つまたは複数の雰囲気処理モジュールに結合された制御雰囲気搬送モジュールもまた、含まれる。制御雰囲気搬送モジュールと、１つまたは複数の雰囲気処理モジュールとは、第３の雰囲気環境を管理するように構成される。クラスタアーキテクチャは、したがって、第１、第２、または第３の雰囲気環境のいずれかにおける基板の制御式処理を可能にする。一例では、第１、第２、および第３の雰囲気環境は、スロットバルブおよびロードロックによって隔離される。スロットバルブは、ロードロックを通して基板の移行がなされるときに、雰囲気環境間の隔離を定めるものであり、クラスタアーキテクチャ内では、クラスタアーキテクチャの外側の酸素環境に基板を曝露させることなく乾式プラズマ処理および湿式処理が可能にされる。
【０００７】
別の一実施形態では、クラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法が開示される。方法は、１つまたは複数の湿式処理モジュールと相接するように実験室雰囲気搬送モジュールを構成することを含み、このとき、搬送モジュールおよび１つまたは複数の湿式処理モジュールの各自は、第１の雰囲気環境の中で動作する。方法は、また、１つまたは複数のプラズマ処理モジュールと相接するように真空搬送モジュールを構成することを含み、このとき、真空搬送モジュールおよび１つまたは複数のプラズマ処理モジュールの各自は、第２の雰囲気環境の中で動作する。また、方法は、１つまたは複数のめっきモジュールと相接するように制御雰囲気搬送モジュールを構成することを含み、このとき、制御雰囲気搬送モジュールおよび１つまたは複数のめっきモジュールの各自は、第３の雰囲気環境の中で動作する。方法にしたがうと、移行は、外部の非制御雰囲気条件に曝露されることなくクラスタアーキテクチャ内の第１、第２、および第３の雰囲気環境間で可能にされる。
【０００８】
一実施形態では、制御環境の中で基板のトレンチを充填するための方法が提供される。方法は、クラスタツールの第１のチャンバの中で、基板の中にトレンチをエッチングすることから開始する。クラスタツールの第２のチャンバの中では、エレクトロマイグレーションを阻止するように構成されたバリア層がトレンチの露出表面の上に堆積され、トレンチは、クラスタツールの中でバリア層上に直接堆積されるギャップ充填材料によって充填される。
【０００９】
別の一実施形態では、基板にシード層を適用することなくギャップ充填を実施するための方法が提供される。方法は、トレンチを中に画定された基板表面の上に第１のバリア層を堆積させることを含む。第１のバリア層の上には、第２のバリア層が堆積され、トレンチの開口部分は、第２のバリア層の表面上に直接堆積される導電材料によって充填される。
【００１０】
クラスタツールの第１のチャンバの中で、基板の中に特徴をエッチングする方法動作と、クラスタツールの第２のチャンバの中で、銅の拡散を阻止するように構成されたバリア層を特徴の露出表面の中に堆積させる方法動作と、バリア層上に直接堆積されるギャップ充填材料によって特徴を充填する方法動作とを含むプロセスによって製作される半導体デバイス。
【００１１】
本発明の原理を例として示した添付の図面に関連させた以下の詳細な説明から、本発明のその他の特徴および利点が明らかになる。
【００１２】
本発明は、添付の図面に関連させた以下の詳細な説明によって、容易に理解される。類似の参照符号は、類似の構成要素を示すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】工学設計された特定の製作動作用にシステムを管理しえるコンピュータ制御の様子を、本発明の一実施形態にしたがって示すシステム図である。
【図２Ａ】制御雰囲気処理を実現しえるハードウェアの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する説明図である。
【図２Ｂ】制御雰囲気処理を実現しえるハードウェアの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する説明図である。
【図２Ｃ】制御雰囲気処理を実現しえるハードウェアの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する説明図である。
【図２Ｄ】制御雰囲気処理を実現しえるハードウェアの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する説明図である。
【図３】搬送モジュール間およびプロセスモジュール間における制御雰囲気移行の実行によって促進されえるプロセスフローの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する説明図である。
【図４】搬送モジュール間およびプロセスモジュール間における制御雰囲気移行の実行によって促進されえるプロセスフローの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する説明図である。
【図５】雰囲気制御モジュールの処理領域間におけるプロセス移行に関する判定を行うために実行されえるフローの例を、本発明の一実施形態にしたがって図示する工程図である。
【図６】処理のための基板の層を本発明の一実施形態にしたがって図示した概略図である。
【図７】トレンチを中にエッチングされた層を例示する説明図である。
【図８】基板の露出表面およびトレンチの露出表面の上に堆積される共形バリア層を図示した概略図である。
【図９】バリア層の上に設けられる第２の共形層を図示した概略図である。
【図１０】平坦化プロセスが実施された後、銅線を得るためにトレンチ内への銅充填が実施される様子を示す説明図である。
【図１１】バリア層上にギャップ充填を直接実施してＰＶＤシード層の必要性を排除するための方法動作を、本発明の一実施形態にしたがって図示した工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
基板を処理するためのクラスタアーキテクチャの例と、クラスタのモジュール間における移行を可能にするための方法とを定めるいくつかの代表的実施形態が開示される。基板の処理は、処理の各段階中および１つまたは複数の搬送モジュール間の搬送中に、制御雰囲気環境内において実施される。異種のクラスタシステム間およびそれらのシステム内の雰囲気条件を規定および制御する統合型クラスタアーキテクチャを提供することによって、基板が非制御環境（例えば所望の量より多くの酸素またはその他の望ましくない要素および／または水分を有する）に接触するのを阻止しつつ、同じ全体システム内における他の処理の直後に異なる層、特徴、または構造を製作することが可能になる。本発明は、プロセス、方法、装置、またはシステムを含む数々の形態で実現することができる。本発明のいくつかの発明実施形態が、以下で説明される。当業者ならば明らかなように、本発明は、本明細書に記載される具体的詳細の一部または全部をともなわずとも実施可能である。
【００１５】
定められた実施形態の制御雰囲気条件の恩恵を受けることができる一応用は、金属層の無電解堆積であり、これは、基板の表面特性および組成に大きく依存する。例えば、タンタル（Ｔａ）表面またはルテニウム（Ｒｕ）表面などのバリア金属上への銅の無電解めっきは、電解めっきに先立つシード層の形成およびリソグラフィ的に画定されたパターン内への銅（Ｃｕ）線の選択堆積の双方にとっての関心事である。
【００１６】
定められた本発明の実施形態によって克服される主な問題は、酸素（Ｏ2）の存在下で形成される原子的に薄い自然金属酸化物層によって無電解堆積プロセスが抑制されることである。類似の事柄は、Ｃｕ線上への選択的キャップおよびその他の応用にも存在した。層／材料の一例は、コバルト合金キャップ層であり、ＣｏＷＰ（コバルト・タングステン・リン）、ＣｏＷＢ（コバルト・タングステン・ホウ素）、またはＣｏＷＢＰ（コバルト・タングステン・リン化ホウ素）が挙げられる。キャップ層は、銅線に対する誘電体バリア層の接着を向上させ、そうしてそれらの線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために使用される。
【００１７】
したがって、工学設計された境界面の適切な管理（例えば堆積に先立つ表面調整手順）が不可欠である。工学設計された境界面は、例えば、層、特徴、または材料のための境界面であることが可能である。したがって、原子的に純粋な表面を調整して純粋な境界面を維持することが、本明細書において定められた雰囲気制御アーキテクチャによって促進され、これは、適切な表面調整手順を制御雰囲気方式で提供するものである。例えば、ＣｏＷＢＰキャッププロセスでは、隣接する誘電体よりも露出Ｃｕ上に堆積させるような選択性を提供するために、電解質化学剤が調合される。
【００１８】
一部の例では、無電解めっきに先立つウエハ表面および各種境界面は、通常はＣＭＰおよびＣＭＰ後洗浄の手順である上流プロセスによって決定される。いずれの場合も、ガルバニ効果および腐食は、Ｃｕ表面を不動態化してＣｕ−ＢＴＡ錯体を形成することによって制御される。この金属−有機ハイブリッドは、めっきに先立って除去されなければならず、さもないと、めっきが抑制される。また、誘電体表面には、Ｃｕおよびその酸化物があってはならず、Ｃｕ表面には、Ｃｕ酸化物があってはならない。一実施形態では、これらの条件は、所望の製作動作にとって逆効果でありえる雰囲気条件への不要な曝露を阻止する雰囲気制御クラスタモジュールによって満足される。
【００１９】
先行技術のシステムと本発明のシステムとの相違の一例は、以前のモジュールクラスタでは、境界面が１つのプロセス手順から次のプロセス手順へと制御された安定状態にとどまるように、プロセスチャンバ内および搬送チャンバ内の双方で常に雰囲気を制御することが行われない、ということにある。雰囲気を制御されないと、調整された境界面は、たとえ最短の待ち時間でもほぼ瞬時に劣化するまたは変化する可能性がある。
【００２０】
上記の概要を念頭においたうえで、制御雰囲気環境の中での基板の処理を可能にする代表的構造構成について言及する。図１は、雰囲気制御クラスタシステム１００を、本発明の一実施形態にしたがって図示している。雰囲気制御クラスタシステム１００は、いくつかの雰囲気制御処理段階１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを含む。これらの各雰囲気制御処理段階は、各段階の中で雰囲気条件が維持されるように、そして異なる段階間の移行が雰囲気制御されるように相互接続される。これらの雰囲気制御処理段階１０２ａ〜１０２ｃは、それぞれ、第１、第２、および第３の雰囲気環境と見なされてよい。雰囲気環境間の移行は、選択される具体的なレシピと、搬送モジュールおよびプロセスモジュールを通る工学設計された行き来の手順とによって決定付けられるので、第１、第２、および第３の雰囲気環境の順序は、非限定的である。
【００２１】
一実施形態において、雰囲気制御クラスタシステム１００は、半導体ウエハなどの半導体基板の層または特徴の正確な処理を可能にするように構成される。特定のウエハ上に製作される予定の層または特徴は、処理の段階に依存する。例えば、処理は、前半の工程（Front End of Line, FEOL）、後半の工程（Back End of Line, BEOL）、またはそれらの間の任意の処理手順もしくはステップであってよい。ここでは、例として、制御雰囲気環境の中で層または特徴を製作するために雰囲気制御クラスタシステム１００が使用される場合を取り上げる。
【００２２】
動作１１０では、製作される層を、その層が雰囲気制御クラスタシステム１００の各種段階１０２を通して製作可能となるように特定する。動作１１０において、層または特徴が特定されると、各雰囲気制御処理段階では、異なるモジュール間の接続を構成して所望の処理を可能にするために、動作１１２が実施される。各雰囲気制御処理段階１０２は、そこに接続された処理モジュールと相接する主搬送モジュールを含む。例えば、雰囲気制御処理段階１０２ｃは、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃを含んでよく、雰囲気制御処理段階１０２ｂは、真空搬送モジュール１０４ｂを含んでよく、雰囲気制御処理段階１０２ａは、制御雰囲気搬送モジュール１０４ａを含んでよい。
【００２３】
各搬送モジュール１０４は、したがって、制御式移行（例えばロードロック）と相互接続され、プロセスの特定の段階で、層または特徴を処理するために必要とされる構成に応じて異なる処理モジュールと相互接続するように構成される。動作１１４では、異なる雰囲気の接続モジュール間での行き来のためのレシピが定められ、ユーザインターフェース１１６に入力される。
【００２４】
ユーザインターフェース１１６は、雰囲気制御クラスタシステム１００と通信するための画面およびキーボードを有するコンピュータであってよい。ユーザインターフェース１１６は、雰囲気クラスタシステム１００との遠隔対話のために他のシステムコンピュータに接続されたネットワークコンピュータであってよい。ユーザインターフェース１１６は、また、異なる搬送モジュール１０４間および各搬送モジュール１０４に接続されたプロセスモジュール間で基板を移動させるための動作１１４で定められた具体的なレシピをユーザが入力することを可能にする。具体的な一実施形態では、雰囲気制御クラスタシステム１００は、クリーンルーム環境の中にあり、このクリーンルーム環境は、さらに、設備に接続される。クリーンルームの設備は、知られているように、必要とされる流体、ガス、圧力、冷却、加熱、化学物質などを各雰囲気制御処理段階１０２に提供する。
【００２５】
この例では、ロードモジュール１０６は、雰囲気制御クラスタシステム１００への基板の搬送を制御するユーザインターフェース１１６におけるコード実行の指示を受けて、基板１０５を雰囲気制御処理段階１０２ｃに提供するように構成される。アンロードモジュール１０８は、雰囲気制御処理段階１０２の範囲内で処理された基板１０５を受け取ってよい。ロードモジュール１０６およびアンロードモジュール１０８は、２つの別々のモジュールとして図示されているが、ロードモジュールとアンロードモジュールとが同じタイプのモジュールであってもよいし、あるいは同じロードポートモジュールによって基板の送り出しおよび受け取りがなされてもよい。
【００２６】
一実施形態では、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃは、基板１０５を受け取るように構成される。基板１０５が実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに送り込まれると、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃは、クリーンルーム内に存在しえる非制御雰囲気圧力より僅かに高い圧力で動作してよい。
【００２７】
このように、もし実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃ内の圧力が僅かに高い場合は、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに基板１０５を出入りさせるやり取りは、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃから僅かな空気の流出を生じさせる。実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃからのこの僅かな空気の流出は、基板１０５を実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに出入りさせるために１つまたは複数のドアが開いているときに、クリーンルーム内に存在しえる微粒子またはその他の外気が実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに浸入しないことを保証する。
【００２８】
一実施形態では、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃは、随意として不活性制御雰囲気の中で動作してよい。不活性制御雰囲気は、酸素を排出させて不活性ガスで置き換えた雰囲気であってよい。注入されて酸素に置き換わるガスの例として、例えば、アルゴン、窒素、および処理に対して否定的に反応しないその他のガスが挙げられる。もし随意として実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃ用に不活性制御雰囲気が提供された場合は、その不活性制御雰囲気は、モジュールに接続された処理モジュールにも伝えられてよい。例えば、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに接続されたモジュールの中で実施される任意の湿式洗浄も、不活性制御雰囲気の中で制御される。
【００２９】
実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃは、したがって、雰囲気制御処理段階１０２ｃ内の各種の湿式処理システムに基板１０５を出入りさせ、雰囲気制御処理段階１０２ｃで処理された基板を真空搬送モジュール１０４ｂに移行させることを可能にする。真空搬送モジュール１０４ｂへの移行は、１つまたは複数のロードロックを通して制御式に生じる。真空搬送モジュール１０４ｂに入ると、基板１０５は、所望の処理を可能にするために、各種のプラズマ処理モジュールに出入りしてよい。真空搬送モジュール１０４ｂは、また、制御雰囲気搬送モジュール１０４ａに結合されたものとして示されている。
【００３０】
１０４ｂと１０４ａとの間の基板１０５の移行は、真空搬送モジュール１０４ｂの圧力の統合性が維持されることを保証しつつ、１０４内で処理されたばかりの層または特徴がこのような層または特徴を破壊し、あるいは否定的に変化させえる雰囲気に不適切に曝露されることを回避するように制御された雰囲気に基板１０５を移行させることを可能にするために、１つまたは複数のロードロックを通して進められる。一例では、基板１０５が雰囲気制御処理段階１０２ｂで処理され、ひいては雰囲気制御処理段階１０２ａに移動されるときに、プラズマ処理された特徴または層は、処理されたばかりの特徴または層を損傷させえるまたは化学的に変化させえる雰囲気へのいかなる非制御曝露によっても損なわれない。
【００３１】
一例として、制御雰囲気搬送モジュール１０４ａは、不活性雰囲気の中で動作する。上述のように、不活性雰囲気は、雰囲気制御処理段階１０２ａ内の大部分の酸素の存在を枯渇させるまたは低減させることが望ましい不活性ガスによって排気されたものである。一例として、実質的に酸素フリーであると見なされる許容可能な酸素レベルは、３ｐｐｍ（百万分の１）以下であってよい。プロセスによっては、後続処理の前および最中の表面処理後に１ｐｐｍ未満への制御を必要とすることがある。雰囲気制御処理段階１０２ａ内に不活性環境を構成することによって、雰囲気制御処理段階１０２ｂまたは１０２ｃの中で製作されたばかりの特徴または層の酸化またはヒドロキシル化を回避することが可能になる。雰囲気制御処理段階１０２ａ内において、各種の処理モジュールは、基板１０５の上に、層または特徴のいかなる中間酸化もともなうことなく層または特徴を制御式に堆積させる、塗布する、めっきする、または処理することを可能にする。このようにして、制御雰囲気搬送モジュール処理段階内で形成される層は制御され、これは、一実施形態では、処理された層または特徴の耐性を低減させえる不必要な酸化物形成を回避するために「工学設計された」と称される。
【００３２】
この時点で、基板１０５は、プラズマ処理モジュールによるさらなる処理のために真空搬送モジュール１０４ｂに戻されてもよいし、あるいは実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに接続されたモジュール内における追加処理のために実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃに戻されてもよい。基板１０５を雰囲気制御処理段階１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃの任意の間で移動させる具体的プロセスは、動作１１４で定められたレシピに依存し、このレシピは、ユーザインターフェース１１６に接続されたコンピュータ上で実行されるプログラムによって制御される。
【００３３】
図２Ａは、いくつかの搬送モジュールと、それらに接続された処理モジュールとを含むクラスタアーキテクチャ２００を図示している。クラスタアーキテクチャ２００は、雰囲気制御処理段階１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃの中の各種の搬送モジュールに接続されえる具体的な処理モジュールの一例である。
【００３４】
クラスタアーキテクチャ２００は、左から右に向かって説明され、基板は、ロードモジュール１０６およびアンロードモジュール１０８によってロードおよびアンロードすることができる。上述のように、ロードモジュール１０６およびアンロードモジュール１０８は、一般に、１枚または複数枚のウエハを保持するカセット２０５を受け取るように構成されえるロード−アンロードステーションとして言及されてよい。カセット２０５は、クリーンルームの周囲でウエハを移送するために使用される正面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ）内に収容されてよい。カセット２０５を保持するＦＯＵＰの取り扱いは、自動化されてもよいし、あるいは人間のオペレータによって手動で扱われてもよい。したがって、基板１０５は、クラスタアーキテクチャ２００に送られるときまたはクラスタアーキテクチャ２００から受け取られるときに、カセット２０５に収容されている。本明細書において定められるように、クリーンルームは、クラスタアーキテクチャ２００を中に置かれたまたは取り付けられた非制御雰囲気である。
【００３５】
実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃは、１つまたは複数のエンドエフェクタ２０１ｂを含むストレッチ搬送モジュール２０１として定められる。図示されたエンドエフェクタ２０１ｂは、トラック２０１ａに沿って移動されるときにストレッチ搬送モジュール２０１を突っ切ることができる。一実施形態では、ストレッチ搬送モジュール２０１は、標準的クリーンルーム圧力に維持される。あるいは、圧力は、クリーンルームの雰囲気圧力を僅かに上回るように、またはクリーンルームの圧力を僅かに下回るように制御されてよい。
【００３６】
ストレッチ搬送モジュール２０１内の圧力が、クリーンルームを僅かに上回る圧力に維持される場合は、ストレッチ搬送モジュールに出入りするウエハの移行は、搬送モジュール雰囲気をクリーンルームへと僅かに放出させる。この構成は、したがって、クリーンルームの中の微粒子または環境大気がストレッチ搬送モジュール２０１に流入することを阻止することができる。
【００３７】
その他の実施形態では、ストレチ搬送モジュール２０１とクリーンルームとの間の移行は、クリーンルームとストレッチ搬送モジュール２０１との間の外気の相互作用を阻止するように空気および／または環境の仕切りすなわち境界面を定める適切なフィルタおよび空気処理ユニットによって制御される。境界面を制御するためのシステムの一例は、本出願の譲受人に２００２年４月２日付けで発行され参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６，３６４，７６２号「Wafer Atmospheric Transport Module Having a Controlled Mini-Environment（制御されたミニエンバイロメントを有するウエハ大気移送モジュール）」で明らかにされている。
【００３８】
ストレッチ搬送モジュール２０１は、湿式処理システム２０２ａおよび湿式処理システム２０２ｂと相接するものとして示されている。各湿式処理システム２０２は、基板１０５を内部で処理しえるいくつかのサブモジュールを含んでよい。一例では、湿式処理システム２０２ａ内を、トラック２０３に沿ってキャリア２０７が移動されてよい。キャリア２０７は、湿式処理システム２０２の各サブモジュールの中で処理される基板１０５を保持するように構成される。一例では、湿式処理システム２０２ａは、プロキシミティステーション２０４と、その後に続くプロキシミティステーション２０６と、その後に続くブラシステーション２０８と、そして最終のプロキシミティステーション２１０とを含む。
【００３９】
湿式処理システム２０２ａ内のサブモジュールの数は、特定の応用と、基板１０５に対する実施を望まれる湿式処理ステップの数とに依存する。湿式処理システム２０２ａ内には４つのサブモジュールが設けられているが、湿式処理システム２０２ｂ内には例えば２つのサブモジュールがある。プロキシミティステーション２０４は、基板１０５がトラック２０３に沿って移動される際に基板１０５の表面に対してメニスカスの適用および除去を行うことによって基板１０５の表面全体にメニスカスを適用することができるプロキシミティヘッドシステムで構成される。
【００４０】
具体的な実施形態では、プロキシミティステーションは、単純な洗浄のための脱イオン水、ＨＦ（フッ化水素酸）、アンモニアベースの洗浄液、標準クリーン１（ＳＣ１）、ならびにその他のエッチング化学剤および洗浄化学剤および／または流体混合を適用するように構成されてよい。具体的な一実施形態では、プロキシミティステーションは、基板１０５の上面および底面の両方を処理するプロキシミティヘッドを含む。その他の例では、プロキシミティヘッドによって上面のみが処理され、底面は、未処理であるかまたはブラシステーションローラによって処理されるかしてよい。湿式処理システム２０２内で実施される処理動作の組み合わせは、したがって、その製作のレシピにおいて特定の基板に必要とされる処理に応じて変わる。
【００４１】
ストレッチ搬送モジュール２０１は、基板１０５を、湿式処理システム２０２内のいずれかの特定のサブモジュールに出入りさせること、または湿式処理システム２０２の１つの処理サブモジュールから入らせて湿式処理システム２０１の最後で取り除くことを可能にするように構成される。スループットを向上させるために、湿式処理システム２０１は、ストレッチ搬送モジュールの各側に１つのシステムが結合されるように提供される。ストレッチ搬送モジュール２０１を特徴とする実験室雰囲気制御搬送モジュールは、もちろん、必要とされるスループット、利用可能な実験室設置面積もしくは設備、および／または必要とされる処理に応じて、より少ないまたはより多い湿式処理システムを含んでよい。
【００４２】
ストレッチ搬送モジュール２０１は、ロードロック２１８，２１９に結合されたものとして示されている。ロードロック２１８，２１９は、ストレッチ搬送モジュール２０１と真空搬送モジュール２２２との間で１つの圧力状態から別の圧力状態への制御式の移行を可能にするように構成される。真空搬送モジュール２２２は、エンドエフェクタロボット２２２ａを含む。エンドエフェクタ２２２ａは、スロットバルブ２２０ａ，２２０ｂによってアクセスを可能にされたときに、ロードロック２１８，２１９に対する出し入れを行うように構成される。スロットバルブは、真空搬送モジュールの開閉を可能にして真空搬送モジュール２２２内の圧力を連続させる１つまたは複数のドアを収容する。したがって、スロットバルブ２２０ａ，２２０ｂのドアは、ロードロック２１８と２１９との間の移行を可能にし、これは、異なる圧力状態にありえるストレッチ搬送モジュール２０１と真空搬送モジュール２２２との間の搬送を制御する働きをする。
【００４３】
真空搬送モジュール２２２は、スロットバルブ２２０ｃ，２２０ｄによってプラズマモジュール２７０と相接するものとしても示されている。プラズマモジュール２７０は、任意のタイプであってよいが、具体例として、ＴＣＰエッチングモジュールおよび下流マイクロ波エッチングモジュールが挙げられる。その他のタイプのプラズマモジュールが組み込まれてもよい。一部のプラズマモジュールとしては、プラズマ気相成長（ＰＶＤ）や原子層成長（ＡＬＤ）などのタイプの堆積モジュールが挙げられる。したがって、真空搬送モジュール２２２には、基板の表面に対して材料の除去または堆積を行う任意の乾式処理モジュールが組み込まれて接続されてよい。
【００４４】
あるいは、プラズマ処理モジュールに加えて、またはプラズマ処理モジュール代わって、熱プロセスモジュールを使用することができる。この場合は、熱モジュールとのやり取りを促進するために、例えば最大で４００トールのような高圧で真空搬送モジュール２２２を動作させると有利であろう。
【００４５】
プラズマモジュール２７０の１つで処理が実施される場合、真空搬送モジュールは、冷却ステーション２２４を組み入れてよい。冷却ステーション２２４は、隣接する制御雰囲気段階の１つへの移行前に基板がある程度冷却されたような場合にとりわけ有益である。基板が冷却されたら、その基板は、もし必要であれば、引き続き制御雰囲気搬送モジュール２３２に移行させるために、エンドエフェクタ２２２ａによってロードロック２２８に移動されてよい。制御雰囲気搬送モジュール２３２は、スロットバルブ２３０ａによってロードロック２２８と相互接続される。
【００４６】
制御雰囲気搬送モジュール２３２は、スロットバルブ２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄ，２３０ｅを通していくつかのプロセスモジュール２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ，２４０ｄと相互接続される。処理モジュール２４０は、一実施形態では、制御雰囲気湿式処理モジュールである。制御雰囲気湿式処理モジュール２４０は、制御された不活性雰囲気環境の中でウエハの表面を処理するように構成される。制御された不活性雰囲気環境は、上述のように、制御雰囲気搬送モジュール２３２に不活性ガスを注入して制御雰囲気搬送モジュール２３２から酸素を追い出すように構成される。
【００４７】
制御雰囲気搬送モジュール２３２から全部または大部分の酸素を除去してそれを不活性ガスで置き換えることによって、制御雰囲気搬送モジュール２３２は、（プラズマモジュール２７０内で）処理されたばかりの基板を、その処理された表面または特徴の上にプロセスモジュール２４０の１つの中で層が堆積、めっき、または形成される前に曝露しないような、移行環境を提供する。具体的な実施形態では、プロセスモジュール２４０は、電解めっきモジュール、無電解めっきモジュール、ドライイン・ドライアウト湿式プロセスモジュール、または先行するプラズマモジュールの中で処理されたばかりの表面もしくは特徴の上への層の適用、形成、もしくは堆積を可能にするその他のタイプのモジュールであってよい。
【００４８】
また、真空搬送モジュールおよび制御雰囲気搬送モジュールは、その他の処理手順を促進するために、逆の順序で統合されるように構成することができる。
【００４９】
結果得られるのは、処理されたばかりの表面の上に直接形成される工学設計された層であって、普通は層をめっきされる前に酸素に僅かに曝露されるだけで形成されえる酸化物を含まないような層である。一具体例では、プラズマモジュール２７０内において、ビアおよび／またはトレンチを画定するために誘電体層がエッチングされてよく、誘電体層の中にビアまたはトレンチが画定された後は、直ちに、ロードロック２２８を通して真空搬送モジュール２２２から制御雰囲気搬送モジュール２３２への搬送が生じる。この搬送は、酸素への曝露を全くまたは実質的にともなうことなく生じる。一部のプロセスでは、工学設計された境界面の表面の上にバリア層が直接製作されてよい。バリア層としては、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、またはこれらの材料の組み合わせなどが挙げられる。バリア層は、シード層としてＣｕの無電解めっきのために使用されてもよいし、あるいはパターン形成された基板上に直接めっきするために使用されてもよい。
【００５０】
図２Ｂは、クラスタアーキテクチャ２００’の中の各種の搬送モジュールに接続されえる処理モジュールのブロック図を図示している。この例では、クラスタアーキテクチャ２００’とクリーンルームとの間で基板の持ち込みまたは受け取りを行うために、ロードステーションおよびアンロードステーション１０６／１０８が提供される。基板は、湿式基板処理が実施されえる実験室雰囲気制御モジュール１０４ｃに持ち込まれる。湿式基板処理、および実験室雰囲気制御搬送モジュール内での基板の搬送は、制御環境の中で生じるように構成され、これは、基板をクリーンルームの非制御雰囲気に曝露させない制御方式で湿式基板処理を実施可能にすることを保証する。
【００５１】
実験室雰囲気制御搬送モジュールは、基板を各湿式基板処理モジュールに乾燥条件で持ち込むとともに基板を湿式基板処理による処理後に乾燥条件で受け取るように構成される。この実施形態では、湿式基板処理は、基板の表面上に流体を直接形成することを可能にするメニスカスプロキシミティヘッドシステムを用いるように、そして処理を経た後の基板表面を乾燥した状態で残すように構成される。ロードロック２８０は、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃと真空搬送モジュール１０４ｂとの間の搬送間の雰囲気制御を保証するように構成される。
【００５２】
真空搬送モジュール１０４ｂは、各種タイプのプラズマチャンバ２７０と相接するように構成される。プラズマチャンバの中で実施される処理は、特定のプロセスに応じてなされてよく、プラズマチャンバ処理の後に必要とされる処理は、次いで、隣接する制御雰囲気段階１０２のいずれかの中で直ちに実施されてよい。一例では、ウエハは、ロードロック２８０を通して真空搬送モジュール１０４ｂから制御雰囲気搬送モジュール１０４ａへと移動されてよい。制御雰囲気搬送モジュールは、したがって、異なるめっきシステムもしくは堆積システム２４０および／またはドライイン・ドライアウト式湿式洗浄（もしくはエッチング）を実施するシステムの間の効率的な搬送を維持する。
【００５３】
制御雰囲気搬送モジュール１０４ａに接続されえるさらに別のモジュールの例に、超臨界ＣＯ2チャンバがある。その他の実施形態では、プロセス要件に応じ、熱タイプのチャンバを任意の搬送モジュールに組み込むことができる。例えば、チャンバは、１つには、超臨界チャンバであってよい。チャンバは、また、コバルトキャップ、銅シード層、金属層、バリア層、バルク金属充填層、および導電性のその他の特徴、表面、配線、トレースなどを堆積させることができる無電解めっきチャンバであってもよい。無電解めっきチャンバは、本発明の一実施形態では、電極（例えばアノード／カソード）を必要としないが、しかしながら、表面活性の反応性化学剤を使用する。さらに別の一実施形態では、真空搬送モジュールは、熱制御チャンバにのみ接続されてよい。もし真空搬送モジュールが約２００〜４００トールの圧力範囲内で動作される場合は、より高圧のチャンバを接続することができる。
【００５４】
搬送モジュールに結合するように構成された不活性雰囲気制御システム２７３も、図示されている。不活性雰囲気制御システム２７３は、一実施形態では、搬送モジュールからの酸素の排出を計測および制御するポンプ、ゲージ、コントロール、およびバルブを含む。酸素で占められていた空間に置き換わる不活性ガスを搬送チャンバに注入することができるように、不活性雰囲気制御システム２７３には、クリーンルーム設備（不図示）が結合されてもよい。動作中に適切な条件設定を維持することができるように、酸素を除去するポンプおよび搬送チャンバに供給される不活性ガスは、監視される。一部の例では、搬送モジュールの中およびプロセスモジュールの中の両方で不活性環境を維持することができるように、ポンプは、処理モジュールからも酸素を除去する働きをする必要がある。再度述べるが、メータ、手動制御、および／またはコンピュータ制御は、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガスの注入および流量を監視することができる。
【００５５】
不活性雰囲気制御もされている制御雰囲気モジュールの場合、搬送モジュール内およびプロセスモジュール内の温度は、実施されている処理のタイプに応じて変化する。しかしながら、例として、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃおよび湿式基板処理ステーション２０２は、摂氏約１５から約３０度の間の温度で動作してよい。また、制御搬送モジュール１０４ｃ内および湿式基板処理ステーション２０２内の湿度も制御されてよく、湿度は、約０％から約２０％の間に制御されてよい。
【００５６】
真空搬送モジュール１０４ｂは、約１０-9トールから約１０-4トールの間の圧力で動作してよく、動作温度は、摂氏約１５度から約３０度の間であってよい。プラズマ処理モジュールは、特定のプロセスに合わせた温度範囲および出力範囲で動作するとともにそのようなプロセスガスを使用するので、真空搬送モジュール１０４の真空状態に適合した任意の処理条件が機能する。その他のパラメータとして、例えば、真空、温度、および出力が挙げられる。真空は、一実施形態では、約１ｍＴから約１０Ｔであってよい。温度は、一実施形態では、摂氏約１０度から約４００度であってよい。出力は、一実施形態では、約１０Ｗから約３０００Ｗであってよい。
【００５７】
制御雰囲気搬送モジュール１０４ａ（例えば図２Ａの搬送モジュール２３２）は、約５００Ｔから約８００Ｔの間の圧力で動作してよく、温度は、摂氏約１５度から約３０度の間であってよい。しかしながら、温度は、プロセスモジュール２４０でありえるめっきプロセス、ドライイン・ドライアウト湿式プロセス、超臨界ＣＯ2動作などとの適合性を提供するように制御されてよい。一実施形態では、これらの搬送モジュールの温度は、雰囲気実験室温度に設定され、プロセスモジュールによって、局所的な温度制御を提供される。別の実施形態では、これらの搬送モジュールは、プロセスモジュールと搬送モジュールとの間でウエハが移行するときに一貫した雰囲気が維持されるように温度制御されてよい。
【００５８】
図２Ｂのシステムは、モジュール性と、さらには各種の制御環境間での基板のやり取りの制御とを図示するために提供されている。また、各搬送モジュールのモジュール性およびそれによる異なる処理用サブモジュールの受け入れは多様であり、説明を容易にするために、異なる雰囲気制御搬送モジュールと相接する代表的な処理モジュールのみが提供されている。
【００５９】
図２Ｃは、図２Ａを参照にして説明されたプロキシミティステーション２０４の代表的構成を図示している。プロキシミティステーション２０４は、基板１０５の上側および下側にプロキシミティヘッド２６０ａを含む。基板１０５は、図２Ａにおいて定められたように、トラック２０３に沿って移動されえるキャリア２０７によって保持される。プロキシミティヘッド２６０ａの表面と基板１０５の表面（とキャリア２０７の表面）との間では、メニスカス２４２の形成が可能にされる。
【００６０】
メニスカス２４２は、プロキシミティヘッド２６０ａの表面と基板表面との間に形成する制御流体メニスカスであってよく、流体の表面張力によって、制御された形態で適所に保持される。メニスカス２４２の制御は、流体を制御した状態で送達および除去することによっても保証され、これは、流体によって形成されるメニスカス２４２を制御された形に画定することを可能にする。メニスカス２４２は、基板１０５表面の洗浄、処理、エッチング、または処理のいずれかに使用されてよい。基板１０５に対する処理は、メニスカス２４２によって微粒子または不要な材料が除去されるような処理であってよい。
【００６１】
上述のように、メニスカス２４２は、プロキシミティヘッド２６０ａに流体を供給しつつ真空によってその流体を除去することを制御方式で行うことによって制御される。随意として、表面張力勾配軽減剤をプロキシミティヘッド２６０ａに提供し、メニスカス２４２と基板１０５との間の表面張力を低減させてよい。プロキシミティヘッド２６０ａに供給されるガス張力軽減剤は、メニスカス２４２が基板１０５の表面の上で増速しつつ（したがってスループットを増大させつつ）移動することを可能にする。ガス張力軽減剤の一例として、窒素と混合したイソプロピルアルコール（ＩＰＡ／Ｎ2）が挙げられる。ガス張力軽減剤の別の一例として、二酸化炭素（ＣＯ2）が挙げられる。基板１０５の特定の表面に対して望まれる処理を妨げない限り、その他のタイプのガスが使用されてもよい。
【００６２】
図２Ｄ−１〜２Ｄ−６は、図２Ａの湿式処理システム２０２または図２Ａの制御雰囲気湿式処理モジュール２４０のいずれかに組み込まれえる異なる構成の例を伝えるために提供されたものである。具体例が提供されているが、システムには、その他の構成も組み入れ可能である。
【００６３】
図２Ｄ−１は、ブラシ２９０が基板１０５の底面を処理する間にプロキシミティヘッド２６０ａが基板１０５の上面を処理する一例を図示している。処理は、湿式処理システム２０２内で実施されてよく、基板１０５の表面の洗浄またはエッチングのいずれかを行うように構成することができる。
【００６４】
図２Ｄ−２は、ボトムブラシ２９０およびトップブラシ２９０が基板１０５の表面を処理するように構成される一例を提供している。使用されるブラシは、回転しながら基板１０５の表面に流体を供給しえるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ブラシであってよい。ブラシ２９０によって提供される流体は、ブラシ（ＴＴＢ）コアを通して提供されてよく、流体は、応用に応じて、基板の表面を洗浄するため、および／またはエッチングするため、および／または疎水性もしくは親水性のいずれかに構成するためのものであってよい。
【００６５】
図２Ｄ−３は、図２Ａの制御雰囲気搬送モジュール２３２に接続されえる処理モジュール２４０がめっきシステムである一例を図示している。めっきシステムは、無電解めっきシステムとして、またはウエハとの接触を必要とされる電解めっきシステムとして構成されてよい。めっきヘッド２６０ｂの構成は、いくつかの形態をとることができ、メッキヘッドの具体的形態は、実施されるめっき応用のタイプに応じて変化する。めっき応用の結果、基板１５０の表面上には、めっき表面２９２が残される。めっき表面は、製作の特定の段階で基板の表面上にめっきする必要がありえる銅層またはその他の金属層を堆積させる結果となる。
【００６６】
図２Ｄ−４は、基板１０５の表面をめっきするために２つのめっきヘッドが使用される別のめっきシステムの例を図示している。この例では、実動めっきヘッドとして１つのめっきヘッド２６０ｂが使用される一方で、もう１つのめっきヘッド２６０ｂは促進ヘッドとして使用される。促進ヘッドは、基板の表面上に金属材料をめっきするためのアノード−カソード接続の画定に必要とされる電気的結合を提供する。
【００６７】
図２Ｄ−５は、湿式処理システム２０２で使用されえる別のヘッド２６０ｃの例を図示している。湿式処理システム２０２は、基板１０５の表面の上に１つまたは複数の非ニュートン流体を形成することを含んでよい。非ニュートン流体の一例は、両極である固体および液体の中間を占める柔らかい凝縮物質である。柔らかい凝縮物質は、外部応力によって変形されやすく、例として、エマルション、ゲル、コロイド、泡などが挙げられる。エマルションは、例えば歯磨き粉、マヨネーズ、水中油など、非混和液の混合である。コロイドは、水中のポリマ分散であり、ゼラチンはその一例である。泡は、液体マトリクスの中に形成された気泡からなり、髭剃りクリームは、泡の一種の一例である。この例では、ヘッド２６０ｃによって適用されるものとして、非ニュートン流体２９４が図示されている。
【００６８】
雰囲気制御モジュールの湿式チャンバの１つにあるもう１つの材料は、三体物質である。三体物質は、一部には気体を、一部には固体を、一部には流体を含む材料である。
【００６９】
ヘッド２６０ｃは、非ニュートン流体とともに複合ニュートン流体を提供するための入力および出力を組み入れてもよい。
【００７０】
図２Ｄ−６は、ローラ２９６によって保持される基板１０５を図示している。ローラ２９６は、ヘッド２６０ｃによって基板の表面に制御方式で非ニュートン流体（例えば泡状材料）が適用される間に、回転方式で基板を移動させることができる。基板の表面がクリーンにされるように、非ニュートン流体は、ヘッドによって制御方式で供給され除去されてよい。別の一実施形態では、非ニュートン流体は、ヘッド２６０ｃによって適用され、一定期間にわたって基板の表面上にとどまること可能にされてよく、この場合は、ローラを使用して基板を回転させつつノズルを使用して基板の表面に吹き付けを行ってよい。図示されていないさらに他の例として、ＳＲＤ（スピン・リンス・乾燥）モジュール、および湿式または乾式のいずれかのその他の一般的な処理システムが挙げられる。これらのモジュールは、いずれも、搬送モジュールに接続されたときに制御雰囲気の中に維持され、ウエハは、乾燥した状態でモジュール内に載置され、処理の完了後に取り除かれる。
【００７１】
図３は、ＡからＤまでの代表的フロープロセスを本発明の一実施形態にしたがって図示している。図３のフロープロセス３００は、露出された銅材料の選択表面の上にＣｏＷＢＰ（コバルト・タングステン・リン化ホウ素）キャップを製作する代表的動作について説明される。図４では、プロセスは、実施できる可能性がある２つのプロセスフロー、すなわち好ましい出力のものと好ましくない出力のものとを図示している。
【００７２】
ＣｏＷ（ＢＰ）キャッププロセスを実施する際は、隣接する誘電体よりも露出された銅上に堆積させるような選択性を提供するために、電解化学剤が調合される。無電解めっき前におけるウエハ表面および各種境界面は、上流プロセスによって決定される。これらの上流プロセスは、通常、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）およびＣＭＰ後洗浄の手順である。いずれの場合も、ガルバニ効果および腐食は、銅表面を一般にＢＴＡによって不動態化してＣｕ−ＢＴＡ錯体を形成することによって制御される。
【００７３】
図４において、左上の図は、銅特徴を含む誘電体材料と、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体３０２を形成するＣＭＰおよび／または洗浄の動作の結果とを図示している。この金属−有機ハイブリッドは、めっきに先立って除去されなければならず、さもないと、めっきが抑制される。また、誘電体表面には、銅およびその酸化物があってはならず、銅表面には、酸化銅があってはならない。一動作では、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体３０２を有する基板は、誘電体表面上のＣ−ＢＴＡ錯体を除去するために、湿式の前洗浄動作によって処理される。
【００７４】
この動作は、図３および図４において、動作Ａとして図示されている。一具体例では、全てのＣｕ−ＢＴＡ錯体３０２を実質的に除去するために、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）のような洗浄化学剤が使用される。ＴＭＡＨは、一例として挙げられているに過ぎず、前洗浄動作で除去される予定の層に応じてその他の化学剤が使用されてよい。一実施形態では、動作Ａは、実験室雰囲気制御搬送モジュール１０４ｃの一部である洗浄モジュールによって実施される。もし、Ａの前洗浄動作を使用して表面からＣｕ−ＢＴＡ錯体３０２が除去されない場合は、方法は、図４の上部に図示された経路Ｂ，Ｃ，Ｄを経ることになる。
【００７５】
図４の上部の動作Ｂ，Ｃ，Ｄを経た結果、選択めっき（または堆積）の対象ではない誘電体部分を含む基板表面全体の上に、銅タングステンめっきキャップが形成される。このように、本発明の一実施形態は、図４の下列に図示されたようなプロセス動作Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに制御雰囲気システムを使用する場合の利点を示すものでる。
【００７６】
動作Ｂでは、残っている任意の有機汚染物を酸化して除去するために、酸素環境によるＴＣＰ動作が実施され、このステップ中は、露出された任意の銅もまた、酸化される。銅表面上にある酸化された銅残留物３０４は、Ｂに図示されるように、銅表面上に残る。しかしながら、もし前洗浄が実施されなかった場合は、酸化銅残留物は、このフロー例で望ましいとされるように銅線の上に残るのみならず、誘電体材料の上面にも残るであろう。
【００７７】
動作Ｂは、真空搬送モジュール１０４ｂに接続されたプラズマモジュールの１つで実施されることが好ましく、次の動作は、真空搬送モジュール１０４ｂに接続された別のプラズマモジュールの中で実施される。この例では、層３０６によって図示されるような銅の還元動作を生じさせるために、次の下流のＴＣＰ  Ｈ2動作が実施される。図４の下部は、銅線の上の酸化銅残留物のみが還元される好ましいフローを図示している。上列は、誘電体層の上の銅残留物が還元される場合を図示している。随意として、動作Ｂおよび動作Ｃは、高温で酸素を、次いで高温（摂氏１５０〜４００度）で水素を使用する熱プロセスによって実施することができる。
【００７８】
動作Ｂおよび動作Ｃが実施されると、図３に示されるように、ＣとＤとの間の移行が生じることができる。移行は、ロードロックを通して真空搬送モジュールから不活性大気制御雰囲気へと基板を搬送することを可能にする。不活性大気制御雰囲気は、実質的に酸素フリーであるように設計され、これは、図３の不活性大気制御雰囲気に接続されたモジュール内で処理される前に基板が不当に酸化されることを阻止する。
【００７９】
動作Ｄでは、図４の上部（動作Ｄ）に示されるように、望ましくない領域の上にＣｏＷめっきを形成するのではなく、銅特徴の上にのみＣｏＷキャップの選択めっきを生じさせる。銅の上へのＣｏＷの選択めっきは、銅の自己触媒表面特性ゆえに促進され、これは、クリーンな誘電体層の上ではなく銅領域の上にのみＣｏＷを選択めっきすることを可能にする。この例は、露出された銅特徴の上にＣｏＷめっきキャップを堆積させる方法を説明するために提供されているが、制御雰囲気内での搬送および処理を可能にするクラスタアーキテクチャ内では、さらに多くの製作動作が可能である。
【００８０】
図５は、異なるモジュール間の搬送が制御雰囲気環境の中で実施されるように、クラスタアーキテクチャの中のモジュールの構成と、それらのモジュール内における基板の制御とを定めたフロー図５００を図示している。上述のように、先行技術のモジュールとの相違は、定められたシステムでは、プロセスチャンバ内および搬送モジュール内の双方で常に雰囲気の制御を可能にすることによって、境界面（すなわち層や特徴など）を１つのプロセス手順から次のプロセス手順まで制御された安定状態にとどまらせていることにある。雰囲気を制御されないと、調整された境界面は、先行技術のシステムの場合と同様に、たとえ最短の待ち時間でもほぼ瞬時に劣化するまたは変化する可能性がある。
【００８１】
図５の方法動作は、制御雰囲気の中で製作される層または特徴が特定される動作５０２から開始することができる。一実施形態では、バリア層、ライナ、シード層、または銅バルク堆積などの具体的な層が製作されてよい。その他の実施形態では、一般に電解めっきシステムまたは無電解めっきシステムを使用して実現される選択めっき動作によってなされるような特定の特徴のみが製作されてよい。動作５０２において、層または特徴が特定されると、方法は、選択された雰囲気処理段階にモジュールが接続される動作５０４に移動する。モジュールは、例えば図２Ｂの各種の搬送モジュールに接続されるモジュールである。
【００８２】
動作５０４において、適切なモジュールがクラスタアーキテクチャに接続されると、方法は、処理のために基板を各雰囲気処理段階で行き来させるためのレシピが定められる動作５０６に進む。レシピは、所望の処理出力に依存するが、基板を行き来させる統一的特徴は、層、特徴、または処理の最適な処理を保証するために各段階で明確に雰囲気が制御されることにある。次に、方法は、特定された層または特徴の処理のために基板が提供される動作５０８に進む。
【００８３】
基板は、半導体ウエハの形態をとってよく、これは、その上に形成されるまたはその上に事前に製作された具体的な層を有しても有さなくてもよい。この段階で、動作５０８で提供されたウエハは、実験室雰囲気制御搬送モジュール５１０に移行される。実験室雰囲気搬送モジュール５１０は、随意として、不活性環境を提供するように制御されてよい。不活性環境は、例えば、低酸素環境またはゼロ酸素環境を提供しえる環境である。
【００８４】
還元された酸素環境は、実験室雰囲気制御搬送モジュールと相互接続しえる湿式処理モジュールの任意の１つで処理されるときに、基板またはその表面を酸素に曝露させないためにも有用である。したがって、本明細書において、「実験室雰囲気」という記述は、ある種の不活性環境を定めることによって雰囲気が制御される状況と、環境を排気して次いで不活性ガスで再び満たすことができる状況の、両方を含むと見なされる。環境の排気は、実験室雰囲気制御搬送モジュールまたは同モジュールに接続されたモジュールでの処理の最中に、酸素を除去するためまたは全ての酸素を実質的に除去するためになされる。
【００８５】
方法は、すると、実験室雰囲気制御搬送モジュールに接続された１つまたは複数のモジュールの中で湿式処理が実施される動作５１２に進む。随意として、一部のプロセス手順は、真空プロセス前に湿式プロセスを必要としなくてよい。各種の湿式処理動作としては、上記のように、プロキシミティヘッドメニスカス処理、ＳＲＤ処理、ブラシ処理、ならびに流体（ニュートン流体および非ニュートン流体）の使用を含むことができるその他の任意のタイプの処理が挙げられる。
【００８６】
次に、動作５１４では、プロセスは、基板を乾式プロセスで処理するかまたは不活性雰囲気における層形成のステップに移るかを決定する判定ポイントに進む。この例では、プラズマプロセスに移ることが望ましいと仮定され、動作５１６への移行がなされる。動作５１６では、真空搬送モジュールへの移行が生じてよい。湿式処理から真空搬送モジュールへの移行は、湿式処理から真空搬送モジュールへと乾燥したウエハが搬送されるような移行である。
【００８７】
移行では、ロードロックおよびバルブが、ウエハをモジュール間で移動可能にする。動作５１８では、真空搬送モジュールに接続された１つまたは複数のモジュールの中でプラズマ処理動作が実施されてよい。上記のように、搬送モジュールに接続されたプラズマシステムおよびチャンバのタイプの応じ、異なるタイプのプラズマ動作が実施されてよい。この時点で、動作５２０では、実験室雰囲気における層形成が望まれるかまたはウエハを湿式洗浄もしくは湿式エッチングの動作に戻すことが望ましいかについての決定がなされる。
【００８８】
湿式洗浄または湿式エッチングの動作が望まれる場合は、方法は、搬送モジュールを通して実験室雰囲気制御モジュールへの移行が実施される動作５１０に戻ってよい。不活性雰囲気における層形成の実施が望まれる場合は、方法は、動作５２２に進む。動作５２２では、制御雰囲気搬送モジュールへの移行が生じる。制御雰囲気搬送モジュールの中では、基板は、多くのタイプの不活性雰囲気層形成モジュールの１つに移動させることができる。不活性雰囲気層形成モジュールは、制御雰囲気搬送モジュールに接続されたモジュールである。
【００８９】
制御雰囲気層形成モジュールの例として、無電解プロセスまたは電解めっきを使用するめっきモジュールが挙げられる。電解めっきおよび無電解めっきに加えて、基板は、基板のドライイン・ドライアウト処理を可能にするモジュールにも移動されてよい。ドライイン・ドライアウト処理の例として、ウエハの表面にメニスカスを適用するプロキシミティヘッド処理が挙げられる。したがって、動作５２４において、不活性雰囲気層形成モジュールの中で処理が実施されたら、動作５２６において、判定動作が実施されてよい。
【００９０】
ステップ５２６では、真空搬送モジュール５１６へのさらなる移行または５１０の実験室雰囲気制御搬送モジュールに戻るさらなる移行が必要かどうかが決定される。雰囲気特性を制御された各種の搬送モジュールを通していくつかの移行が生じ、応用に応じて所望の層の形成または特徴の塗布が完了したら、方法は、終了してよい。もちろん、この方法の終了は、単に、次の製作プロセス手順の始まりを意味してもよい。
【００９１】
プロセス５００の方法動作では、具体的な層、境界面、または特徴の製作を取り上げているが、各種の層、プロセス、および製作ステップは、集積回路デバイスを製作するために多数回にわたって繰り返されてよい。集積回路デバイスは、次いで、パッケージ化して電子部品に組み入れられてよく、これは、電子機器においてデータを処理、格納、転送、表示、または提示するために使用されてよい。
【００９２】
図６〜１１は、図２の実質的に酸素フリーの環境によって可能にされる、バリア膜上に銅を直接めっきするための代表的な実施形態を提供する。図６は、処理のための基板の層を本発明の一実施形態にしたがって図示した概略図である。基板６０２の上に、層６００が設けられる。層６００は、層間絶縁膜（ＩＬＤ）である。
【００９３】
図７は、中に特徴をエッチングされた層６００を図示している。特徴は、コンタクト、ビア、トレンチ、または後続のメタライゼーションによってその他のデバイスへの配線を得るために半導体材料の中に形成されるその他のボイドの１つであってよい。デュアルダマシンエッチングプロセスなどの一部のプロセスでは、メタライゼーションに先立って誘電体層内に特徴を画定するために、ビアエッチングおよびトレンチエッチングの手順が用いられる。一実施形態では、既知のエッチング処理技術によって層６００内にボイド６０４がエッチングされている。例えば、層６００内にボイド６０４を形成するために、プラズマエッチングが使用されてよい。プラズマエッチングは、真空条件下の制御雰囲気で動作する図２のクラスタモジュールのプラズマチャンバの中で行われてよい。なお、ボイドおよび特徴という用語は同義で用いられてよい。
【００９４】
図８は、基板の露出表面およびボイド６０４の露出表面の上に堆積される共形バリア層を図示した概略図である。共形バリア層６０６は、本発明の一実施形態にしたがって、既知の堆積技術によって堆積される。例えば、堆積は、図２のクラスタアーキテクチャの制御雰囲気大気モジュール内で行われてよい。要するに、既知の堆積技術によってバリア層を堆積させるために、モジュール２４０ａ〜２４０ｄのうちの任意のモジュールが使用されてよい。バリア層６０６は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはこれらの材料の異種混合で作成することができる。これらは、一般的に考えられる材料であるが、その他のバリア層材料もまた、使用することができる。バリア層材料は、とりわけ、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、およびクロム（Ｃｒ）を非限定例として含むその他の耐熱性金属化合物であってよい。
【００９５】
図９は、バリア層６０６の上に設けられる第２の共形層を図示した概略図である。本発明の一実施形態にしたがうと、層６０８は、タンタル層である。窒化タンタル（ＴａＮ）は、層間絶縁膜層６００に対して許容可能な接着特性を有する。しかしながら、窒化タンタルは、次いでボイド６０４を充填するために使用される銅に対してタンタル層ほどには接着しない。２枚のバリア層を堆積される図９に代わる案として、窒化タンタル層６０６を処理し、ボイド６０４に充填される予定の銅に最も近い部分をタンタルリッチ表面にしてもよい。一実施形態では、バリア層の上に、機能層または自己組織化単分子層が堆積される。
【００９６】
層６０６，６０８は、いずれも、図２の制御雰囲気処理システムに設けられた堆積モジュールを通して堆積されてよい。図１０では、平坦化プロセスの実施後に、銅線６１０を得るためにトレンチ内に銅が充填される。銅線６１０は、層間絶縁膜６００内に形成されたバリア層６０８，６０６内にあるものとして図示されている。図９では、銅充填に続いて、上面を平坦化して図１０に図示されるような線を得るために平坦化ステップが実施される。一実施形態では、平坦化は、図２で定められた制御雰囲気湿式処理モジュールの中で行われる。
【００９７】
図６〜１１に図示されるように、ギャップの銅充填は、ＰＶＤシード層を必要とすることなく実施される。図１で定められた制御雰囲気環境ゆえに、ＰＶＤシード層は排除されてよく、これは、バリア層上に銅充填を直接実施することを可能にする。したがって、一実施形態では、窒化タンタルのバリア層の上にタンタルを堆積されたバリア層６０８上に、銅充填を直接実施することができる。別の一実施形態では、銅が適切に接着するようにタンタルリッチにされたバリア層６０６上に、銅充填を直接実施することができる。
【００９８】
図１１は、バリア層上にギャップ充填を直接実施してＰＶＤシード層の必要性を排除するための方法動作を、本発明の一実施形態にしたがって図示したフローチャート図である。方法は、ボイドがエッチングされる動作７００から開始する。ボイドは、任意の既知のエッチング技術によってエッチングされる。一実施形態では、ボイドは、図１および図２で説明されたシステムのモジュールを通してエッチングされるので、基板は、制御環境大気の中にとどまる。
【００９９】
方法は、次いで、エッチングされたトレンチ内にバリア層が堆積される動作７０２に進む。図７〜１０に関連して説明されたように、バリア層は、窒化タンタル層、または上述のエレクトロマイグレーションを阻止するその他の任意の適切な層であってよい。図１および図２によって定められたシステム内において、基板は、堆積めっきのために、制御雰囲気真空領域から制御雰囲気大気領域へと移動されるであろう。バリア層の堆積は、一実施形態では、先ずは窒化タンタル層として、次いでタンタル層として生じてよい。別の一実施形態では、上述のように、窒化タンタル層が堆積され、次いで、タンタルリッチにされてよい。いずれの場合も、バリア層に対する銅の適切な接着を保証するために、ギャップ充填プロセス用のタンタルリッチ層が形成される。
【０１００】
次に、動作７０４に明記されるように、トレンチ内のバリア層上に銅を直接堆積させるギャップ充填が実施される。上述のように、これらのプロセスは、バリア層内にＰＶＤシード層を形成する必要性を排除する。要するに、銅は、シード層をともなうことなくバリア層上に直接充填される。動作７０６に明記されるように、次いで、層間絶縁膜用の滑らかな上面を提供するために、ギャップ充填の過剰分が平坦化される。
【０１０１】
クラスタアーキテクチャのモジュールやロボットなどの管理およびやり取りを行う制御システムおよびエレクトロニクスは、コンピュータ制御を使用して自動式に制御することができる。このため、本発明の態様は、ハンドヘルドデバイス、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのもしくはプログラマブルなコンスーマエレクトロニクス、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含むその他のコンピュータシステム構成によって実施されてよい。本発明は、また、ネットワークを通してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクを実施される分散コンピューティング環境の中で実施されてもよい。
【０１０２】
上記の実施形態を念頭におくと、本発明は、コンピュータシステムに格納されたデータをともなう各種のコンピュータ実行動作を用いてよいことを理解される。これらの動作は、物理量の物理的操作を必要とする動作である。必ずではないが、これらの量は、一般に、格納、転送、結合、比較、およびその他の操作が可能な電気信号または磁気信号の形態をとる。さらに、実施される操作は、生成、特定、決定、または比較などの表現で言及されることが多い。
【０１０３】
本明細書で説明され、本発明の一部を構成する動作は、いずれも有用なマシン動作である。本発明は、また、これらの動作を実施するためのデバイスまたは装置にも関する。装置は、上述のキャリアネットワークなどのように、所要の目的のために特別に構築されてもよいし、またはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化されるもしくは構成される汎用コンピュータであってもよい。具体的には、本明細書の教示にしたがって記述されたコンピュータプログラムとともに各種の汎用マシンが使用されてもよいし、または所要の動作を実施するためにさらに特化された装置を構築するほうが好都合であってもよい。
【０１０４】
本発明は、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして実装することもできる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムによってのちに読み出し可能なデータを格納することができる任意のデータストレージデバイスである。コンピュータ可読媒体の例には、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、Ｆｌａｓｈ、磁気テープ、ならびにその他の光ストレージデバイスおよび非光ストレージデバイスがある。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードが分散形式で格納および実行されるように、ネットワーク結合されたコンピュータシステムに分散させることもできる。
【０１０５】
本発明は、いくつかの実施形態の観点から説明されてきたが、当業者ならば、以上の明細書を読み図面を吟味することによって、様々な代替、追加、置換、および等価の形態を明確に理解することができる。したがって、本発明は、発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、追加、置換、および等価の形態を含むことを意図している。特許請求の範囲において、要素および／またはステップは、特許請求の範囲内に明記されない限り、いかなる特定の動作順序も暗示しない。本発明は、例えば、以下の適用として実施することが可能である。
［適用例１］基板を処理するためのクラスタアーキテクチャであって、
１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに結合された実験室雰囲気制御搬送モジュールであって、前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと、前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとは、第１の雰囲気環境を管理するように構成される、実験室雰囲気制御搬送モジュールと、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールおよび１つまたは複数のプラズマ処理モジュールに結合された真空搬送モジュールであって、前記真空搬送モジュールと、前記１つまたは複数のプラズマ処理モジュールとは、第２の雰囲気環境を管理するように構成される、真空搬送モジュールと、
前記真空搬送モジュールおよび１つまたは複数の雰囲気処理モジュールに結合された制御雰囲気搬送モジュールであって、前記制御雰囲気搬送モジュールと、前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールとは、第３の雰囲気環境を管理するように構成される、制御雰囲気搬送モジュールと、
を備え、
前記クラスタアーキテクチャは、前記第１、前記第２、または前記第３の雰囲気環境のいずれかにおける前記基板の制御式処理を可能にするクラスタアーキテクチャ。
［適用例２］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第３の雰囲気環境は、実質的に酸素フリーの不活性雰囲気であるクラスタアーキテクチャ。
［適用例３］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１の雰囲気環境は、実質的に酸素フリーの不活性雰囲気であるクラスタアーキテクチャ。
［適用例４］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第２の雰囲気環境は、真空に設定可能であるクラスタアーキテクチャ。
［適用例５］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境は、前記クラスタアーキテクチャの外側の非制御クリーンルーム環境から隔離されるクラスタアーキテクチャ。
［適用例６］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールは、金属めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
［適用例７］適用例６に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記金属めっきシステムは、電解めっきシステムおよび無電解めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
［適用例８］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、さらに、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと前記真空搬送モジュールとの間に接続可能な第１のロードロックと、
前記真空搬送モジュールと前記制御雰囲気搬送モジュールとの間に接続可能な第２のロードロックと、
を備えるクラスタアーキテクチャ。
［適用例９］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとのやり取りは、前記基板をドライイン・ドライアウト手順で扱うエンドエフェクタによって可能にされるクラスタアーキテクチャ。
［適用例１０］適用例９に記載のクラスタアーキテクチャであって、
プロキシミティヘッドシステムは、湿式基板処理モジュールであるクラスタアーキテクチャ。
［適用例１１］適用例９に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記湿式基板処理モジュールの１つでは、非ニュートン流体が使用されるクラスタアーキテクチャ。
［適用例１２］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
湿式基板処理モジュールでは、ブラシシステムが使用されるクラスタアーキテクチャ。
［適用例１３］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールは、前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに基板を出入りさせるためのトラックおよびエンドエフェクタを有するストレッチモジュールによって形成されるクラスタアーキテクチャ。
［適用例１４］適用例１に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境は、スロットバルブおよびロードロックによって隔離され、前記スロットバルブは、前記ロードロックを通して前記基板の移行がなされるときに、前記雰囲気環境間の隔離を定めるものであり、前記クラスタアーキテクチャ内では、前記クラスタアーキテクチャの外側の酸素環境に前記基板を曝露させることなく乾式プラズマ処理および湿式処理が可能にされるクラスタアーキテクチャ。
［適用例１５］クラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
１つまたは複数の湿式処理モジュールと相接するように実験室雰囲気搬送モジュールを構成することであって、前記搬送モジュールおよび前記１つまたは複数の湿式処理モジュールの各自は、第１の雰囲気環境の中で動作し、
１つまたは複数のプラズマ処理モジュールと相接するように真空搬送モジュールを構成することであって、前記真空搬送モジュールおよび前記１つまたは複数のプラズマ処理モジュールの各自は、第２の雰囲気環境の中で動作し、
１つまたは複数のめっきモジュールと相接するように制御雰囲気搬送モジュールを構成することであって、前記制御雰囲気搬送モジュールおよび前記１つまたは複数のめっきモジュールの各自は、第３の雰囲気環境の中で動作し、
前記クラスタアーキテクチャ内の前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境間で、外部の非制御雰囲気条件に曝露されることなく移行を可能にする
方法。
［適用例１６］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、さらに、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境間の移行を制御するためのレシピを構成することであって、前記レシピは、前記湿式処理モジュール、前記プラズマ処理モジュール、および前記めっきモジュールの特定のモジュールでいつ処理が実施されるかを定める方法。
［適用例１７］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第１の雰囲気環境は、前記クラスタアーキテクチャの外側のクリーンルーム圧力より高い圧力を有する方法。
［適用例１８］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第１の雰囲気環境は、酸素フリーまたは実質的に酸素フリーの不活性ガス充填環境である方法。
［適用例１９］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第２の雰囲気環境は、プラズマプロセス真空に保持される方法。
［適用例２０］適用例１９に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記第３の雰囲気環境は、酸素フリーまたは実質的に酸素フリーの不活性ガス充填環境である方法。
［適用例２１］適用例２０に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
プラズマプロセス動作後の基板の移行は、前記プラズマ処理動作後に前記基板を酸素に導くことなく無電解めっきのために前記真空搬送モジュールから前記制御雰囲気搬送モジュールへと行なわれる方法。
［適用例２２］適用例２０に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記実験室雰囲気搬送モジュールと、前記真空搬送モジュールと、前記制御雰囲気搬送モジュールとの間の前記基板の各移行は、前記クラスタアーキテクチャの外側のクリーンルームの非制御雰囲気に前記基板を曝露することなく制御される方法。
［適用例２３］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記湿式処理モジュールの少なくとも１つは、前記基板の表面の上にメニスカスを形成するように動作し、前記メニスカスは、前記湿式処理モジュールに対してドライイン・ドライアウト処理を可能にするために、前記基板の表面の上で形成され移動されるように形成される方法。
［適用例２４］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記湿式処理モジュールの少なくとも１つは、前記基板の表面の上に非ニュートン流体を形成するように動作する方法。
［適用例２５］適用例１５に記載のクラスタアーキテクチャの中で基板を処理するための方法であって、
前記制御雰囲気搬送モジュールも、前記基板のドライイン・ドライアウト処理を機能させる方法。
［適用例２６］基板を処理するためのクラスタアーキテクチャであって、
１つまたは複数の湿式基板処理モジュールに結合された実験室雰囲気制御搬送モジュールであって、前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと、前記１つまたは複数の湿式基板処理モジュールとは、第１の雰囲気環境を管理するように構成される、実験室雰囲気制御搬送モジュールと、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールおよび１つまたは複数のプラズマ処理モジュールに結合された真空搬送モジュールであって、前記真空搬送モジュールと、前記１つまたは複数のプラズマ処理モジュールとは、第２の雰囲気環境を管理するように構成される、真空搬送モジュールと、
前記真空搬送モジュールおよび１つまたは複数の雰囲気処理モジュールに結合された制御雰囲気搬送モジュールであって、前記制御雰囲気搬送モジュールと、前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールとは、実質的に酸素フリーの不活性雰囲気として構成可能な第３の雰囲気環境を管理するように構成される、制御雰囲気搬送モジュールと、
を備え、
前記クラスタアーキテクチャは、前記第１、前記第２、または前記第３の雰囲気環境のいずれかにおける前記基板の制御式処理を可能にし、動作中、前記第１、前記第２、および前記第３の環境は、前記クラスタアーキテクチャの外側の非制御クリーンルーム環境から隔離されるように構成されるクラスタアーキテクチャ。
［適用例２７］適用例２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記第１の雰囲気環境は、実質的に酸素フリーの不活性雰囲気であるクラスタアーキテクチャ。
［適用例２８］適用例２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記１つまたは複数の雰囲気処理モジュールは、金属めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
［適用例２９］適用例２８に記載のクラスタアーキテクチャであって、
前記金属めっきシステムは、電解めっきシステムおよび無電解めっきシステムを含むクラスタアーキテクチャ。
［適用例３０］適用例２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、さらに、
前記実験室雰囲気制御搬送モジュールと前記真空搬送モジュールとの間に接続可能な第１のロードロックと、
前記真空搬送モジュールと前記制御雰囲気搬送モジュールとの間に接続可能な第２のロードロックと、
を備えるクラスタアーキテクチャ。
［適用例３１］適用例２６に記載のクラスタアーキテクチャであって、さらに、
前記第１、前記第２、および前記第３の雰囲気環境間の前記基板の移動、ならびに前記雰囲気環境のそれぞれに接続された処理モジュールに出入りする前記基板の移動を制御するためのコンピュータを備えるクラスタアーキテクチャ。
［適用例３２］制御環境の中で基板のトレンチを充填するための方法であって、
クラスタツールの第１のチャンバの中で、前記基板の中に特徴をエッチングし、
前記クラスタツールの第２のチャンバの中で、銅の拡散を阻止するように構成されたバリア層を前記特徴の露出表面の中に堆積させ、
前記バリア層上に直接堆積されるギャップ充填材料によって前記特徴を充填する
方法。
［適用例３３］適用例３２に記載の方法であって、さらに、
前記ギャップ充填材料の接着特性を向上させるために、前記ギャップ充填材料を平坦化して前記バリア層をリッチにする方法。
［適用例３４］適用例３２に記載の方法であって、さらに、
前記バリア層の上に別のバリア層を堆積させることであって、前記バリア層はタンタルであり、前記別のバリア層は窒化タンタルである方法。
［適用例３５］適用例３２に記載の方法であって、
前記ギャップ充填材料は、銅である方法。
［適用例３６］適用例３２に記載の方法であって、
各方法動作は、制御環境の中で実施される方法。
［適用例３７］適用例３２に記載の方法であって、さらに、
前記基板を非制御環境条件に曝露することなく前記基板を前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で移行させる方法。
［適用例３８］基板上にシード層を適用することなくギャップ充填を実施するための方法であって、
特徴を中に画定された基板表面の上に第１のバリア層を堆積させることと、
前記第１のバリア層の上に第２のバリア層を堆積させることと、
前記第２のバリア層の表面上に直接堆積される導電材料によって、前記特徴の開口部分を充填することであって、前記充填は、前記第２のバリア層の上にシード層を適用することなく実施され、充填は、その他の方法動作と異なるチャンバの中で実施される、ことと、
を備え、
異なるチャンバ間の移行は、実質的に酸素フリーの環境の中で生じる方法。
［適用例３９］適用例３８に記載の方法であって、
前記第１のバリア層は窒化タンタルであり、前記第２のバリア層はタンタルであり、前記導電材料は銅である方法。
［適用例４０］適用例３８に記載の方法であって、さらに、
前記特徴の前記開口部分を充填した後に前記基板の表面を平坦化する
方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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