(57)【要約】      （修正有）【課題】メッキ用シード層の金属酸化物表面を還元して、修正された金属表面にするための方法および装置を提供する。【解決手段】１部が酸化されて金属酸化物となっているメッキ用金属シード層を、還元ガスのラジカル、イオン、及びＵＶ放射の１つまたは複数を含む遠隔プラズマに露出させることによって、基板上の金属酸化物表面を還元して、金属シード層と一体化された被膜の形態での金属とする。【選択図】図３
2014175659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属シード層を有する基板を準備する方法であって、
処理チャンバ内に、基板のめっき表面上に前記金属シード層を有する基板を提供するステップであって、前記金属シード層の一部は、その金属の酸化物に変換されているステップと、
遠隔プラズマ源内で、還元ガス種からのラジカル、イオン、および紫外（ＵＶ）放射の１つまたは複数を含む遠隔プラズマを生成するステップと、
前記基板の前記金属シード層を前記遠隔プラズマに露出させるステップであって、前記遠隔プラズマへの露出が、前記金属の前記酸化物を、前記金属シード層と一体化された被膜の形態での前記金属に還元するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記金属シード層が、銅、コバルト、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ニッケル、金、銀、アルミニウム、およびタングステンの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が、約１５０℃未満の温度で維持される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が、前記遠隔プラズマへの露出中に前記金属シード層の凝集を生じる温度未満の温度で維持される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属シード層の厚さが、約１００Å未満である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板が、約５：１よりも大きい高さ対幅のアスペクト比を有するバイアを備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記還元ガス種が、水素、アンモニア、一酸化炭素、ジボラン、亜硫酸化合物、炭素および／または炭化水素、亜リン酸塩、およびヒドラジンの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
さらに、
前記基板をめっき浴に移送する前に、前記基板を冷却ガスに露出させるステップを含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記金属シード層を前記遠隔プラズマに露出させるステップが、前記金属シード層内の前記金属をリフローさせるステップを含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、
前記還元ガス種のラジカルを生成するために、前記還元ガス種をＵＶ源からのＵＶ放射に露出させるステップを含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、
前記基板を、めっき溶液を含むめっき浴に移送するステップと、
前記めっき溶液を使用して前記金属シード層上に金属をめっきするステップと
を含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
金属シード層を有する基板を準備するための装置であって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバの上方にある遠隔プラズマ源と、
制御装置とを備え、前記制御装置が、
（ａ）前記処理チャンバ内に、基板のめっき表面上に前記金属シード層を有する基板を提供する操作であって、前記金属シード層の一部が、前記金属の酸化物に変換されている操作と、
（ｂ）前記遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマを生成する操作であって、前記遠隔プラズマが、前記還元ガス種からのラジカル、イオン、および紫外（ＵＶ）放射の１つまたは複数を含む操作と、
（ｃ）前記基板の前記金属シード層を前記遠隔プラズマに露出させる操作であって、前記遠隔プラズマへの露出が、前記金属の前記酸化物を、前記金属シード層と一体化された被膜の形態での前記金属に還元する操作と
を実施するための命令を有する装置。
【請求項１３】
前記金属シード層が、銅、コバルト、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ニッケル、金、銀、アルミニウム、およびタングステンの少なくとも１つを含む請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記制御装置がさらに、前記遠隔プラズマへの露出中に前記金属シード層の凝集を生じる温度未満の温度で前記基板を維持するための命令を備える請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記還元ガス種が、水素、アンモニア、一酸化炭素、ジボラン、亜硫酸化合物、炭素および／または炭化水素、亜リン酸塩、およびヒドラジンの少なくとも１つを含む請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御装置がさらに、前記基板の前記金属シード層を前記遠隔プラズマに露出させた後に、前記基板を冷却ガスに露出させるための命令を備えるに請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
さらに、
ＵＶ源を備え、前記制御装置がさらに、前記還元ガス種のラジカルを生成するために、前記還元ガス種を前記ＵＶ源からのＵＶ放射に露出させるための命令を備える請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記制御装置がさらに、
前記基板を、めっき溶液を含むめっき浴に移送する操作と、
前記めっき溶液を使用して前記金属シード層上に金属をめっきする操作と
を実施するための命令を備える請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
さらに、
前記処理チャンバ内に前記基板を保持するための基板支持体と、
前記遠隔プラズマ源と前記基板支持体との間のシャワーヘッドと
を備える
請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記制御装置がさらに、操作（ｂ）〜（ｃ）の間に前記基板支持体を処理温度に加熱するための命令を備え、前記処理温度が、約０℃〜約４００℃の間である請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記制御装置がさらに、前記シャワーヘッドの温度を約３０℃未満に維持するための命令を備える請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記シャワーヘッドが、複数の穴を備え、前記シャワーヘッド内の前記複数の穴が、約１００〜約９００個の間である請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記シャワーヘッドが、複数の穴を備え、前記穴の平均直径が、１．２７〜１２．７ミリ（約０．０５〜約０．５インチ）の間である請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
さらに、
前記シャワーヘッドと前記基板支持体との間の位置に前記基板を移動させるように構成された前記処理チャンバ内の１つまたは複数の可動部材を備え、前記制御装置がさらに、前記基板の前記金属シード層を前記遠隔プラズマに露出させる前に、前記１つまたは複数の可動部材によって前記基板支持体に向けて前記基板を移動させるための命令を備える
請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
電気めっきまたは無電解めっきシステムの一部である請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〈関連出願の相互参照〉
本出願は、２０１３年１１月２１日出願の「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＲＥＭＯＴＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＭＥＴＡＬ  ＯＸＩＤＥＳ  ＯＮ  Ａ  ＭＥＴＡＬ  ＳＥＥＤ  ＬＡＹＥＲ」という名称の米国特許出願第１４／０８６，７７０号の優先権の利益を主張するものである。上記の特許出願は、２０１３年９月６日出願の「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＲＥＭＯＴＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＭＥＴＡＬ  ＯＸＩＤＥＳ  ＯＮ  Ａ  ＭＥＴＡＬ  ＳＥＥＤ  ＬＡＹＥＲ」という名称の米国特許出願第１４／０２０，３３９号の一部継続出願であり、また、２０１３年３月６日出願の「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＭＥＴＡＬ  ＯＸＩＤＥ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＴＯ  ＭＯＤＩＦＩＥＤ  ＭＥＴＡＬ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＧＡＳＥＯＵＳ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ」という名称の米国特許出願第１３／７８７，４９９号の一部継続出願である。上記の特許出願すべてを参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。
【０００２】
序論：
本開示は、一般に、金属シード層上の金属酸化物表面を還元することに関する。本開示の特定の態様は、遠隔プラズマ装置を使用して金属シード層上の金属酸化物表面を還元することに関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）での金属配線相互接続の形成は、ダマシンまたはデュアルダマシンプロセスを使用して実現することができる。典型的には、基板上に位置された二酸化ケイ素などの誘電体材料内にトレンチまたは穴がエッチングされる。穴またはトレンチは、１つまたは複数の接着および／または拡散バリア層でライニングされることがある。次いで、穴またはトレンチ内に金属の薄層が堆積されることがあり、この薄層は、電気めっきされる金属のためのシード層として働くことができる。その後、穴またはトレンチに、電気めっきされた金属を充填することができる。
【０００４】
典型的には、シード層は銅である。しかし、ルテニウム、パラジウム、インジウム、ロジウム、オスミウム、コバルト、ニッケル、金、銀、およびアルミニウムなど他の金属、またはこれらの金属の合金を使用することもできる。
【０００５】
より高性能のＩＣを実現するために、ＩＣのフィーチャの多くは、構成要素のフィーチャサイズをより小さくし、密度をより高くして製造されている。例えば、あるダマシン処理では、２Ｘ−ｎｍノードフィーチャ上の銅シード層が、５０Å以下の厚さであることがある。いくつかの実装形態では、１Ｘ−ｎｍノードフィーチャ上に金属シード層が塗布されることがあり、この金属シード層は、銅を含むことも、含まないこともある。より小さなフィーチャサイズに伴い、空隙または欠陥を実質的に有さない金属シード層および金属相互接続を製造するために技術的な課題が生じる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、金属シード層を有する基板を準備する方法に関する。この方法は、処理チャンバ内に、基板のめっき表面上に金属シード層を有する基板を提供するステップであって、金属シード層の一部が、金属の酸化物に変換されているステップを含む。この方法はさらに、遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマを生成するステップであって、遠隔プラズマが、還元ガス種からのラジカル、イオン、および紫外（ＵＶ）放射の１つまたは複数を含むステップを含む。この方法はさらに、基板の金属シード層を遠隔プラズマに露出させるステップであって、遠隔プラズマへの露出が、金属の酸化物を、金属シード層と一体化された被膜の形態での金属に還元するステップを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、金属シード層が、銅、コバルト、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ニッケル、金、銀、アルミニウム、およびタングステンの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、基板は、遠隔プラズマへの露出中に金属シード層の凝集を生じる温度未満の温度で維持される。いくつかの実施形態では、還元ガス種は、水素、アンモニア、一酸化炭素、ジボラン、亜硫酸化合物、炭素および／または炭化水素、亜リン酸塩、およびヒドラジンの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、この方法はさらに、めっき溶液を含むめっき浴に基板を移送するステップと、めっき溶液を使用して金属シード層上に金属をめっきするステップとを含む。
【０００８】
また、本開示は、金属シード層を有する基板を準備するための装置に関する。この装置は、処理チャンバと、処理チャンバの上方にある遠隔プラズマ源とを含む。この装置はさらに、制御装置を備え、制御装置は、処理チャンバ内に、基板のめっき表面上に金属シード層を有する基板を提供する操作であって、金属シード層の一部が、金属の酸化物に変換されている操作と、遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマを生成する操作であって、遠隔プラズマが、還元ガス種からのラジカル、イオン、および紫外（ＵＶ）放射の１つまたは複数を含む操作と、遠隔プラズマに基板の金属シード層を露出させる操作であって、遠隔プラズマへの露出が、金属の酸化物を、金属シード層と一体化された被膜の形態での金属に還元する操作とを実施するための命令を有する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、制御装置はさらに、遠隔プラズマへの露出中に金属シード層の凝集を生じる温度未満の温度で基板を維持するための命令を含む。いくつかの実施形態では、制御装置はさらに、基板の金属シード層を遠隔プラズマに露出させた後に、基板を冷却ガスに露出させるための命令を含む。いくつかの実施形態では、装置はさらに、処理チャンバ内で基板を保持するための基板支持体と、遠隔プラズマ源と基板支持体との間のシャワーヘッドとを含む。この制御装置はさらに、遠隔プラズマの生成、および遠隔プラズマへの基板の金属シード層の露出中に、約０℃〜約４００℃の間の処理温度に基板支持体を加熱するための命令を含む。この装置はさらに、シャワーヘッドと基板支持体との間の位置に基板を移動させるように構成された処理チャンバ内の１つまたは複数の可動部材を含み、制御装置はさらに、基板の金属シード層を遠隔プラズマに露出させる前に、１つまたは複数の可動部材によって基板支持体に向けて基板を移動させるための命令を備える。いくつかの実施形態では、この装置は、電気めっきまたは無電解めっきシステムの一部である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】ダマシンプロセスでのバイアエッチング前の、誘電体層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１１】
【図１Ｂ】ダマシンプロセスでエッチングが行われた後の、図１Ａでの誘電体層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１２】
【図１Ｃ】エッチングされた領域がダマシンプロセスにおいて金属で充填された後の、図１Ａおよび図１Ｂでの誘電体層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１３】
【図２】基板上に銅を電気めっきする方法を例示する概略工程図である。
【００１４】
【図３】金属シード層上の金属酸化物を還元する方法を例示する概略工程図である。
【００１５】
【図４Ａ】酸化された金属シード層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１６】
【図４Ｂ】金属酸化物の除去による空隙を有する金属シード層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１７】
【図４Ｃ】還元された金属酸化物が、金属シード層と一体化されない反応生成物を生成した状態での、金属シード層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１８】
【図４Ｄ】還元された金属酸化物が、金属シード層と一体化された被膜を形成した状態での、金属シード層の概略断面図の一例を示す図である。
【００１９】
【図５】処理チャンバを備える遠隔プラズマ装置を断面視として例示する図である。
【００２０】
【図６Ａ】金属シード層を有する基板を処理する方法を例示する概略工程図である。
【００２１】
【図６Ｂ】金属シード層を有する基板を処理する別の方法を例示する概略工程図である。
【００２２】
【図７Ａ】遠隔プラズマ装置を使用して金属シード層を有する基板を処理する様々な段階を概略断面図により例示する図である。
【図７Ｂ】遠隔プラズマ装置を使用して金属シード層を有する基板を処理する様々な段階を概略断面図により例示する図である。
【図７Ｃ】遠隔プラズマ装置を使用して金属シード層を有する基板を処理する様々な段階を概略断面図により例示する図である。
【図７Ｄ】遠隔プラズマ装置を使用して金属シード層を有する基板を処理する様々な段階を概略断面図により例示する図である。
【００２３】
【図８Ａ】電気めっき装置の概略上面図の一例を示す図である。
【００２４】
【図８Ｂ】電気めっき装置を備える遠隔プラズマ装置の拡大概略上面図の一例を示す図である。
【００２５】
【図８Ｃ】電気めっき装置に取り付けられた遠隔プラズマ装置の３次元斜視図の一例を示す図である。
【００２６】
【図９】遠隔プラズマへの露出と、銅に関する導電率の利得との影響関係を示すグラフである。
【００２７】
【図１０】遠隔プラズマを使用して処理されたときと、遠隔プラズマを使用して処理されなかったときの、シードトレンチクーポンの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２８】
【図１１】還元処理後の、周囲条件にさらされた金属シード層上での金属酸化物の成長を示すグラフである。
【００２９】
【図１２】還元処理後に異なる時間にわたって周囲条件にさらされたシードトレンチクーポン、および還元処理なしのシードトレンチクーポンのＳＥＭ画像を示す図である。
【００３０】
【図１３】処理チャンバ内での異なる条件下での時間にわたる温度冷却プロファイルを例示するグラフである。
【００３１】
【図１４】温度と、遠隔プラズマ処理後の金属シード層の表面粗さとの影響関係を例示するグラフである。
【００３２】
【図１５】温度と金属シード層の空隙減少との影響関係を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の説明では、提示される概念を完全に理解できるように、複数の特定の詳細を記載する。提示される概念は、これら特定の詳細のいくつかまたはすべてを伴わずに実施することもできる。なお、説明する概念を不要に曖昧にしないように、よく知られているプロセス操作は詳細には説明しない。いくつかの概念を特定の実施形態に関連付けて説明するが、これらの実施形態が限定とは意図されていないことを理解されたい。
【００３４】
序論：
本発明は、様々な用途で使用することができるが、１つの非常に有用な用途は、半導体デバイスの製造で一般に使用されるダマシンまたはデュアルダマシンプロセスである。ダマシンまたはデュアルダマシンプロセスは、金属相互接続、例えば銅相互接続を含むことがある。
【００３５】
デュアルダマシンプロセスの段階のいくつかを示す図１Ａ〜図１Ｃを参照して、デュアルダマシン技法の一般化された形態を説明することができる。
【００３６】
図１Ａは、ダマシンプロセスでのバイアエッチング前の、１つまたは複数の誘電体層の概略断面図の一例を示す。デュアルダマシンプロセスでは、誘電体の第１の層と第２の層は、通常は連続的に堆積され、場合によっては、窒化ケイ素層などのエッチストップ層の堆積によって分離される。図１Ａでは、これらの層が、第１の誘電体層１０３、第２の誘電体層１０５、およびエッチストップ層１０７として示されている。これらの層は、基板１０９の隣接部分の上に形成され、そのような隣接部分は、下にあるメタライゼーション層または（デバイスレベルでの）ゲート電極層でよい。
【００３７】
第２の誘電体層１０５の堆積後、プロセスは、開口を有するバイアマスク１１１を形成し、これらの開口の位置で、その後、バイアがエッチングされる。図１Ｂは、ダマシンプロセスでエッチングが行われた後の、図１Ａでの１つまたは複数の誘電体層の概略断面図の一例を示す。次に、バイアが、エッチストップ１０７のレベルを通して部分的にエッチングされる。次いで、図１Ｂに示されるように、バイアマスク１１１が剥離され、ラインマスク１１３で置き換えられる。第２の誘電体層１０５でのライン経路１１５を画定するのに十分な量の誘電体を除去するために、第２のエッチング操作が行われる。このエッチング操作はまた、図１Ｂに示されるように、バイアホール１１７を、第１の誘電体層１０３を通して、下にある基板１０９に接触するまで延ばす。
【００３８】
その後、プロセスは、誘電体層１０３および１０５の露出面（側壁を含む）に、比較的導電性の高いバリア層材料１１９の薄層を形成する。図１Ｃは、エッチングされた領域が導電性バリア層材料でコーティングされ、ダマシンプロセスにおいて金属で充填された後の、図１Ａおよび図１Ｂでの誘電体層の概略断面図の一例を示す。導電性バリア層材料１１９は、例えば窒化タンタルまたは窒化チタンから形成されることがある。典型的には、導電性バリア層材料１１９を堆積するために、化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、または物理気相成長（ＰＶＤ）法が採用される。
【００３９】
次いで、プロセスは、バイアホールおよびライン経路１１７および１１５内で、導電性バリア層材料１１９の上に導電性金属１２１（必ずしもそうである必要はないが、典型的には銅）を堆積する。従来、この堆積は、２ステップで行われる。すなわち、金属シード層の初期堆積と、それに続く、めっきによる金属のバルク堆積とである。しかし、以下に詳細に説明するように、本開示は、バルク堆積ステップの前に前処理ステップを提供する。金属シード層は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、無電解めっき、または当技術分野で知られている任意の他の適切な堆積技法によって堆積することができる。銅のバルク堆積は、ライン経路１１５を充填するだけでなく、完全な充填を保証するために、第２の誘電体層１０５上のすべての露出領域を覆うことに留意されたい。金属１２１は、ＩＣデバイス用の銅相互接続として働くことができる。いくつかの実施形態では、銅以外の金属がシード層で使用される。そのような他の金属の例としては、コバルト、タングステン、およびルテニウムが挙げられる。
【００４０】
金属シード層は、空気中の酸素または水蒸気と容易に反応して酸化し、純金属から、金属酸化物と埋設された純金属との混合被膜になることがある。周囲条件下での酸化は、いくつかの金属の薄い表面層に限定されることがあるが、その薄層は、現在の技術ノードで使用される薄いシード層の厚さのかなりの部分、またはおそらく厚さ全体に及ぶことがある。比較的薄い層は、４ｘ  ｎｍノード、３ｘ  ｎｍノード、２ｘ  ｎｍノード、および１ｘ  ｎｍノード、ならびに１０ｎｍ未満などの技術ノードによって必要とされることがある。比較的薄い金属層を必要とする技術ノードでのバイアおよびトレンチの高さ対幅のアクペクト比は、約５：１以上であることがある。したがって、そのような技術ノードでは、金属シード層の厚さは、平均で約１００Å未満となることがある。いくつかの実装形態では、金属シード層の厚さは、平均で約５０Å未満となることがある。
【００４１】
以下の式１および式２で示される一般的な化学反応により、シードまたはバリア層のために使用される金属は、金属酸化物（ＭＯｘ）に変換されるが、金属表面（Ｍ）と周囲酸素または水蒸気との正確な反応メカニズムは、特性および酸化状態に応じて変わることがある。
式１：２Ｍ（ｓ）＋Ｏ２（ｇ）→２ＭＯｘ（ｓ）
式２：２Ｍ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→Ｍ２Ｏｘ＋Ｈ２（ｇ）
【００４２】
例えば、基板上に堆積された銅シードは、空気に露出されると急速に酸化銅を生成することが知られている。酸化銅被膜は、下にある銅金属の上で、約２０Åから５０Åまでの厚さの層を形成することがある。金属シード層がより薄くなるにつれて、周囲条件での酸化による金属酸化物の生成は、大きな技術的課題をもたらすことがある。
【００４３】
金属酸化物への純金属シードの変換は、いくつかの問題を生じることがある。これは、現在の銅ダマシン処理に当てはまるだけでなく、様々な導電性金属、例えばルテニウム、コバルト、銀、アルミニウム、およびこれらの金属の合金を使用する電着プロセスにも当てはまる。第１に、酸化された表面は、その上にめっきするのが難しい。金属酸化物と純金属に対して電気めっき浴添加物が及ぼすことがある異なる相互作用により、不均一なめっきが生じることがある。さらに、金属酸化物と純金属との導電率の差により、不均一なめっきが生じることがある。第２に、金属シード内に空隙が生じることがあり、空隙により、金属シードの一部が、めっきを支持するために利用できなくなることがある。空隙は、腐食めっき溶液への露出中に、金属酸化物の溶解により生じることがある。また、空隙は、不均一なめっきにより表面上に生じることもある。さらに、酸化された表面の上にバルク金属をめっきすることが、接着または層間剥離の問題を引き起こすことがあり、これはさらに、化学機械平坦化（ＣＭＰ）など後続の処理ステップ後に空隙を生じることがある。エッチング、不均一なめっき、層間剥離、または他の手段によって生じる空隙により、金属シード層が不連続になり、めっきを支持するために利用できなくなることがある。実際、現代のダマシン金属シード層は比較的薄く、例えば約５０Å以下であるので、わずかな酸化でさえ、層厚さ全体に及ぶことがある。第３に、金属酸化物の生成は、キャッピングなど電着後のステップを妨げることがあり、ここで、金属酸化物は、キャッピング層に関する接着力を制限することがある。
【００４４】
金属シード層の堆積後、しかしシード層上へのバルク金属の電気めっきの前に、金属シード層上での金属酸化物の生成を回避するのは難しいことがある。金属を電気めっきする前に、周囲条件での酸素または水蒸気に金属シード層を露出させることがある様々なステップが行われる。例えば、図２は、基板上に銅を電気めっきする方法を例示する例示的な流れ図を示す。プロセス２００は、ステップ２０５から始めることができ、ステップ２０５で、プロセスチャンバまたは堆積チャンバが、半導体ウェハなどの基板を受け取る。ＰＶＤなどの適切な堆積技法を使用して、銅シード層などの金属シード層が基板上に堆積することができる。
【００４５】
任意選択のステップ２１０で、金属シード層を有する基板をリンスして乾燥させることができる。例えば、金属シード層を脱イオン水でリンスすることができる。リンスステップは、例えば約１〜１０秒の時間に制限されることがあるが、より長い時間かかることもあり、またはより短い時間しかかからないこともある。その後、基板を乾燥させることができ、これは約２０〜４０秒の間でよいが、この乾燥ステップは、より長い時間かかることもあり、またはより短い時間しかかからないこともある。このステップ中、金属シード層は、酸化にさらされることがある。
【００４６】
ステップ２１５で、金属シード層を有する基板が電気めっきシステムまたは浴に移送される。この移送中、金属シード層は周囲条件にさらされることがあり、それにより、金属シード層は急速に酸化することがある。いくつかの実施形態では、この露出の時間は、約１分〜約４時間の間、約１５分〜約１時間の間、またはそれ以上でよい。ステップ２２０で、基板上にバルク金属を電気めっきすることができる。例えば、銅シード層を有する基板を、酸溶液中に銅の陽イオンと関連の陰イオンとを含む電気めっき浴内に浸漬することができる。図２のステップ２２０は、２００１年２月２８日出願の米国特許第６，７９３，７９６号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ０７３）に記載されている一連のプロセスを含むことができ、その特許文献の全体を参照により本明細書に組み込む。この参考文献は、エレクトロフィルプロセスの少なくとも４つの段階を説明し、比較的小さな埋込型フィーチャの最適な充填のために、各段階に関する電流密度制御法を開示する。
【００４７】
金属シード層の堆積と電気めっきとの間で金属シード層を酸化にさらすことがある様々なステップがあるため、金属酸化物表面の悪影響を低減させるための技法が必要とされる。しかし、現在の技法のいくつかは、欠点を有することがある。典型的には、水素ベースのプラズマの使用は、厚い金属酸化物を還元することがあるが、そのような技法は、費用をかなり追加し、かなり高い温度（例えば、少なくとも２００℃を超える温度）を利用し、これは、薄い金属シード層に好ましくない損傷を与えることがあり、フィーチャ内部の空隙数を増やす。厚い金属酸化物を還元するためのフォーミングガス熱アニールは、１５０℃よりも高い温度でフォーミングガス（例えば水素ガスと窒素ガスの混合物）を使用し、これにより、金属シードが凝集することがあり、また空隙形成の増加をもたらすことがある。酸または他の化学試薬の使用は、厚い金属酸化物を溶解またはエッチングすることができるが、そのような酸化物の除去は、いくつかの領域で空隙形成の増加をもたらし、それらの領域では金属を上にめっきすることができない。なぜなら、金属を上にめっきすることができない不十分なシード層しか有さない領域が形成されるからである。
【００４８】
本開示は、金属酸化物表面を還元して、修正された金属表面にするための方法を提供する。金属酸化物表面を還元する方法は、基板が電気めっき浴内に導入されるときに、実質的に酸化物を含まない実質的に清浄な金属表面を提供する。また、実質的に酸化物を含まない基板は、無電解めっきシステムまたは他の金属堆積システム内に導入されることもある。さらに、金属酸化物を還元する方法は、比較的低い温度で作用し、還元された金属酸化物は、金属に変換して、連続する被膜を形成し、この被膜は、金属シード層と一体化され、下にあるシードまたは基板に対する接着性を有する。さらに、金属酸化物表面を還元するための方法は、金属シード層内の空隙および間隙を減少させるために、金属をリフローさせることができる。金属のリフローは、金属に移動性を与え、シード層内で原子を再分配して、シード被覆および／または平滑さを改良することができ、それにより、より均一であり連続的なシード層を形成する。
【００４９】
金属シード層上の金属酸化物を還元する方法：
遠隔プラズマを使用して金属シード層を有する基板を準備する方法を開示することができる。いくつかの実施形態では、基板は、還元ガス雰囲気への露出中に金属シード層の凝集を生じる温度未満の温度で維持される。いくつかの実施形態では、この方法はさらに、めっき溶液を含むめっき浴に基板を移送するステップと、めっき溶液を使用して金属シード層上に金属をめっきするステップとを含む。
【００５０】
図３は、金属シード層上の酸化物を還元し、基板上に金属をめっきする方法を示す例示的な流れ図を示す。プロセス３００は、ステップ３０５から始めることができ、ステップ３０５で、基板のめっき表面上に金属シード層を有する基板が処理チャンバ内に提供される。金属シード層の一部は、金属の酸化物に変換されている。その前に、薄い銅層などの金属シード層を基板上に堆積することができる。これは、基板のめっき表面上に金属シード層を有する基板を提供する。基板は、約３：１よりも大きい、または約５：１よりも大きい高さ対幅のアスペクト比を有する凹部、トレンチ、バイア、またはフィーチャを有することがある。いくつかの実施形態では、金属シード層は、約１００Å未満の厚さを有することがある。金属シード層は、銅、コバルト、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ニッケル、金、銀、アルミニウム、およびタングステンの少なくとも１つを含むことができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、金属シード層は、半貴金属層を含むことができる。半貴金属層は、拡散バリアの一部でよく、または拡散バリアとして働くことがある。半貴金属層は、半貴金属、例えばルテニウムを含むことができる。半貴金属層の態様は、米国特許第７，４４２，２６７号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３５０）、米国特許第７，９６４，５０６号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２７２）、米国特許第７，７９９，６８４号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２０７）、米国特許出願第１１／５４０，９３７号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１７５）、米国特許出願第１２／７８５，２０５号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２７２Ｘ１）、および米国特許出願第１３／３６７，７１０号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２７２Ｘ２）にさらに記載されていることがあり、各特許文献の全体を参照により本明細書に組み込む。金属シード層の堆積は、ＰＶＤ装置などの堆積装置で行うことができる。いくつかの実施形態では、プロセス３００を続けることができ、基板が、かなりの低圧または真空の環境を有するチャンバまたは装置に移送される。チャンバまたは装置は、還元ガス種を含むことができる。いくつかの実施形態では、還元ガス種は、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、一酸化炭素（ＣＯ）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、亜硫酸化合物、炭素および／または炭化水素、亜リン酸塩、および／またはヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）を含むことができる。移送中、基板は、金属シード層の表面を酸化させることがある周囲条件にさらされることがある。したがって、金属シード層の少なくとも一部が、酸化された金属に変換されることがあり、または酸化された金属に既に変換されていることがある。
【００５２】
ステップ３１０で、遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマが生成され、遠隔プラズマは、還元ガス種からのラジカル、イオン、および紫外（ＵＶ）放射の１つまたは複数を含む。遠隔プラズマは、例えば、Ｈ＊、ＮＨ２＊、またはＮ２Ｈ３＊など還元ガス種のラジカルを生成することがある。還元ガス種のラジカルは、金属酸化物表面と反応して、純金属表面を生成する。以下に示すように、式３は、水素ガスなどの還元ガス種が水素ラジカルに分解される例を示す。式４は、水素ラジカルが金属酸化物表面と反応して、金属酸化物を金属に変換することを示す。分解されない水素ガス分子、または再結合して水素ガス分子を生成する水素ラジカルに関しては、水素ガス分子は、依然として、式５に示されるように金属酸化物を金属に変換するための還元剤として働くことができる。
式３：Ｈ２→２Ｈ＊
式４：（ｘ）２Ｈ＊＋ＭＯｘ→Ｍ＋（ｘ）Ｈ２Ｏ
式５：ｘＨ２  ＋ＭＯｘ→Ｍ＋ｘＨ２Ｏ
【００５３】
ステップ３１５で、基板の金属シード層が遠隔プラズマに露出される。遠隔プラズマへの露出は、金属の酸化物を還元して、金属シード層と一体化された被膜の形態での金属にする。ステップ３１５で示されるように、還元ガス種のラジカル、還元ガス種からのイオン、還元ガス種からの紫外（ＵＶ）放射、または還元ガス種自体が、金属シード層と一体化された被膜の形態での金属に金属酸化物を変換する条件下で金属酸化物と反応する。金属シード層と一体化された被膜の特性を、以下の図４Ｄに関して以下にさらに詳細に論じる。
【００５４】
遠隔プラズマは、還元ガス種のイオンおよび他の荷電種を発生して含むことがある。還元ガス種のイオンおよび荷電種は、基板の表面に移動して、金属シード層と反応する、または何らかの形で接触することができる。イオンまたは還元種は、基板の表面に向かって自由にドリフトすることがあり、または、逆符合のバイアスが基板支持体にかけられているときには、基板の表面に向けて加速されることがある。イオンまたは荷電種は、金属酸化物と反応して、金属酸化物を還元することができる。いくつかの実装形態では、遠隔プラズマ中のイオンまたは荷電種は、例えば、Ｈ＋、ＮＨ２＋、ＮＨ３＋、およびＨ−を含むことができる。イオンまたは荷電種は、酸化物層の厚さおよび性質に応じて、金属シード層上の酸化物を還元するのに有利であることがあり、金属シード層は、銅、コバルト、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ニッケル、金、銀、アルミニウム、タングステン、およびそれらの合金から形成されることがある。例えば、イオンまたは荷電種は、コバルトを含むシード層の処理に有益であることがある。
【００５５】
また、遠隔プラズマは、還元ガス種からのＵＶ放射を発生して含むこともある。遠隔プラズマからの還元ガス分子の励起は、光子の放出を引き起こすことがある。放出された光子は、複数の効果の１つをもたらすことがある。第１に、ＵＶスペクトル内の放出された光子は、基板の表面を加熱して、金属酸化物表面を活性化することがあり、それにより、ラジカル、イオン、および他の荷電種が、金属酸化物表面とより容易に反応することができるようになる。第２に、還元ガス種は、放出された光子を吸収し、還元ガス種のラジカルを発生することができる。発生されるラジカルは、金属酸化物表面と反応して、金属酸化物を還元することができる。第３に、放出された光子は、金属酸化物自体の還元を引き起こすのに十分なエネルギーを有することができる。
【００５６】
金属シード層と一体化された被膜の形態での金属に金属酸化物を変換するためのプロセス条件は、金属の選択、および／または還元ガス種の選択に応じて変わることがある。いくつかの実施形態では、還元ガス種は、Ｈ２、ＮＨ３、ＣＯ、炭素および／または炭化水素、Ｂ２Ｈ６、亜硫酸化合物、亜リン酸塩、およびＮ２Ｈ４の少なくとも１つを含むことができる。さらに、還元ガス種は、比較的不活性のガス種など混合ガス種と組み合わせることができる。比較的不活性のガス種の例としては、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）、およびアルゴン（Ａｒ）を挙げることができる。還元ガス種の流量は、処理するウェハのサイズに応じて変えることができる。例えば、単一の４５０ｍｍウェハを処理するために、還元ガス種の流量は、約１０ｓｃｃｍ（標準状態換算での立方センチメートル毎分）〜約１００，０００ｓｃｃｍの間でよい。他のウェハサイズも適用できる。例えば、単一の３００ｍｍウェハを処理するために、還元ガス種の流量は、約５００ｓｃｃｍ〜約３０，０００ｓｃｃｍの間でよい。
【００５７】
金属シード層と一体化された被膜の形態での金属への金属酸化物の変換を可能にするために、処理または還元チャンバ内の温度および圧力などの処理条件も制御することができる。いくつかの実施形態では、ラジカルへの還元ガス種の解離を可能にするために、還元チャンバの温度を比較的高くすることができる。例えば、還元チャンバは、約１０℃〜約５００℃、例えば約５０℃〜約２５０℃の間でよい。金属酸化物の還元反応を加速し、還元ガス雰囲気への露出の時間を短縮するために、より高い温度を用いることができる。いくつかの実施形態では、雰囲気中の酸素の存在を最小限にすることで再酸化の影響を低減することができるので、還元チャンバは、還元ガス雰囲気から酸素を実質的に除去するために比較的低い圧力を有することができる。例えば、還元チャンバは、真空環境または約０．１Ｔｏｒｒ〜約５０Ｔｏｒｒの間の低圧にポンプダウンすることができる。また、上昇された温度および／または低下された温度が、金属シード層内の金属原子のリフローを高めて、より均一で連続的な金属シード層を形成することができる。
【００５８】
還元チャンバは、ラジカルへの還元ガス種の解離を可能にするために比較的高い温度を有することができるが、基板自体の温度は、金属シード層の損傷を回避または減少させるために別個に制御することができる。金属シード層内の金属のタイプによっては、金属は、あるしきい値温度を超えると凝集し始めることがある。凝集の影響は、比較的薄いシード層、特に約１００Å未満の厚さを有するシード層でより顕著である。凝集は、連続的または半連続的な金属シード層をビード、隆起、島（ｉｓｌａｎｄｓ）、または他の塊にする任意の合着（ｃｏａｌｅｓｃｉｎｇ）またはビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）を含み、不連続な金属シード層を形成する。これにより、金属シード層は、その層が堆積されている表面から剥離することがあり、めっき中に空隙形成の増加をもたらすことがある。例えば、銅において凝集が生じ始める温度は、約１００℃よりも高い。異なる金属には異なる凝集温度が適切となることがある。
【００５９】
基板の温度を制御し、凝集の影響を回避または低減するために、還元チャンバ内にある能動冷却型のペデスタルおよび／またはガス流冷却装置などの冷却システムを使用して、基板の局所領域を凝集温度未満の温度で保つことができる。いくつかの実施形態では、基板は、ペデスタルの上に、ペデスタルに直接接触して支持されることがある。いくつかの実施形態では、ペデスタルと基板との間に間隙が存在することがある。伝熱は、伝導、対流、放射、またはそれらの組合せによって行うことができる。
【００６０】
いくつかの実装形態では、能動冷却型のペデスタルは、抵抗加熱要素を備える伝熱要素、冷却チャネル、またはペデスタル内部に埋め込まれた他の熱源もしくはシンクを提供する。例えば、ペデスタルは、水などの流体がペデスタル内部を循環してペデスタルを能動冷却できるようにする冷却要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、冷却要素は、ペデスタルの外部に位置されることがある。いくつかの実施形態では、冷却流体は、グリコールなど低沸点流体を含むことができる。そのような冷却要素を含む実施形態は、２００８年２月５日に付与された米国特許第７，３２７，９４８号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１２７Ｘ１）；２０１１年１月５日に付与された米国特許第７，９４１，０３９号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１２７Ｘ３）；２００７年５月２１日に出願された米国特許出願第１１／７５１，５８４号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１２７Ｘ２）；２０１２年２月１０日に出願された米国特許出願第１３／３７０，５７９号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１２７Ｃ１）；および２０１２年３月２０日に付与された米国特許第８，１３７，４６５号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１２７）に記載されていることがあり、各特許文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。ペデスタル内の温度は、フィードバックループを使用して能動制御することができる。
【００６１】
いくつかの実装形態では、ペデスタルと基板との間に間隙が存在することがあり、ガスなどの伝熱媒体をペデスタルと基板との間に導入して、基板を冷却することができる。いくつかの実施形態では、伝熱媒体は、ヘリウムを含むことができる。いくつかの実施形態では、ペデスタルは、基板にわたる冷却が均一になるように、凸形または凹形でよい。ペデスタル形状の例は、２００５年５月１２日に出願された米国特許出願第１１／１２９，２６６号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６１）；２００６年１０月１０日に出願された米国特許出願第１１／５４６，１８９号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ１９８）；および２０１０年３月２９日に出願された米国特許出願第１２／７４９，１７０号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３６１Ｄ１）に記載されていることがあり、各特許文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。
【００６２】
基板を効率的に冷却し、基板にわたって実質的に均一な温度を維持するために、様々な構成を利用することができる。能動冷却システムのいくつかの実装形態は、基板にわたる均一なガス流と組み合わされたペデスタル内部のペデスタル循環水を含む。他の実装形態は、基板にわたる均一なガス流と組み合わされた抵抗加熱型のペデスタルを含む。能動冷却システムと共に、他の構成および／または追加が提供されることもある。例えば、全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む２０１１年４月１３日に出願された米国特許出願第１３／０８６，０１０号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４００）に記載されているように、基板にわたる温度が実質的に均一になるように、取外し可能なセラミックカバーをペデスタルと基板との間に挿入することができる。いくつかの実施形態では、全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む２０１１年１０月１１日に付与された米国特許第８，０３３，７７１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２９８）に記載されているように、基板を急速にかつ均一に冷却するために、最小限の接触支持でガス流を制御することができる。いくつかの実施形態では、全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む２０１２年１０月１２日に付与された米国特許第８，２８８，２８８号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２３２）に記載されているように、伝熱媒体の分圧を変えることによって、伝熱媒体の伝熱効率を調節することができる。当技術分野で知られているように、比較的低い基板温度を維持するための局所冷却システムに関する他の構成を利用することもできる。
【００６３】
いくつかの実施形態では、基板は、遠隔プラズマへの露出中に金属シード層の凝集を生じる温度未満の温度で維持される。基板の温度は、本明細書で前述した、または当技術分野で知られている冷却システムの任意のものを使用して、金属の凝集温度未満の温度で維持することができる。いくつかの実施形態では、基板は、約−１０℃〜約１５０℃の間など、約１５０℃未満の温度で維持することができる。例えば、銅シード層では、基板は、約７５℃〜約１００℃の間の温度で維持することができる。コバルトシード層では、基板は、約１００℃よりも高い温度で維持することができる。
【００６４】
還元ガス雰囲気への露出の時間は、他のプロセスパラメータに応じて変えることができる。例えば、還元ガス雰囲気への露出の時間は、遠隔プラズマ出力や還元チャンバの温度などを高めることによって短縮することができる。特定の実施形態では、金属酸化物表面を還元して、金属シード層と一体化された被膜としての純金属にするための露出の時間は、約１秒〜約６０分の間でよい。例えば、銅シード層の前処理に関して、露出の時間は、約１０秒〜約３００秒の間でよい。
【００６５】
大抵の還元処理は、めっき前に基板をリンスして乾燥させて基板表面を洗浄することを必要とすることがあるが、還元ガス雰囲気に露出された基板は、めっき前にリンスおよび乾燥させる必要がない。したがって、還元ガス雰囲気を使用する金属酸化物表面の還元は、めっき前に基板をリンスして乾燥させる追加のステップをなくすことができ、これは、再酸化の影響をさらに低減することができる。
【００６６】
いくつかの実装形態では、上昇された温度、減少された圧力、ＵＶ源からのＵＶ放射、遠隔プラズマからのＵＶ放射、ならびに遠隔プラズマからのラジカル、イオン、および他の荷電種の１つまたは複数への露出により、金属シード層内の金属をリフローさせることができる。そのような露出は、金属シード層内の原子をより励起された状態にして、移動性をより高くすることができる。原子は、下にある層に移動して、空隙／間隙を減少させることができる。その結果、より均一で連続的な金属シード層を形成することができる。いくつかの実装形態では、リフローと還元処理とを同時に行うことができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、基板の金属シード層を遠隔プラズマに露出させた後、周囲条件下で、または不活性ガスのブランケットの下で、電気めっきシステム、無電解めっきシステム、金属堆積システム、もしくは前処理装置に基板を移送することができる。金属シード層内の金属酸化物は、金属酸化物表面を還元ガス雰囲気に露出させることによって実質的に還元されているが、このステップの実施は、周囲環境への露出による再酸化という別の課題をもたらすことがある。いくつかの実施形態では、移送の時間の短縮、または移送中の雰囲気の制御などの技法を使用して、周囲条件への露出を最小限にすることができる。追加または代替として、移送は、周囲条件ほどは酸化を引き起こさない制御された環境内で行われる。移送中の雰囲気を制御するために、例えば、雰囲気は、実質的に酸素を含まないことがある。環境は、実質的に不活性である、および／または低圧または真空であることがある。いくつかの実施形態では、基板は、不活性ガスのブランケットの下で移送されることがある。以下に論じるように、遠隔プラズマ装置から電気めっきシステムへ、またはめっき溶液を含むめっき浴への移送を行うことができ、ここで、遠隔プラズマ装置は、電気めっきシステムまたはめっき浴に一体化されているか、または何らかの形で接続されている。その後、基板上に金属を電気めっきすることができる。例えば、金属は、めっき溶液を使用して金属シード層上にめっきすることができる。
【００６８】
図４Ａないし図４Ｄは、導電性バリア層上に堆積された金属シード層の概略断面図の例を示す。図４Ａは、導電性バリア層４１９上に堆積された酸化された金属シード層の概略断面図の一例を示す。本明細書で前述したように、金属シード層４２０は、周囲条件での酸素または水蒸気に露出されると酸化されることがあり、酸素または水蒸気が、金属シード層４２０の一部で金属を金属酸化物４２５に変換することがある。
【００６９】
図４Ｂは、金属酸化物の除去による空隙を有する金属シード層の概略断面図の一例を示す。本明細書で前述したように、いくつかの溶液は、金属酸化物４２５の除去によって金属酸化物４２５を処理し、空隙４２６を形成する。例えば、金属酸化物４２５は、酸または他の化学物質による酸化物エッチングまたは酸化物溶解によって除去することができる。空隙４２６の厚さは、金属シード層４２０の薄さに対してかなり大きいことがあるので、後続のめっきに対する空隙４２６の影響は大きいことがある。
【００７０】
図４Ｃは、還元された金属酸化物が、金属シード層と一体化されない反応生成物を生成した状態での、金属シード層の概略断面図の一例を示す。本明細書で前述したように、いくつかの溶液は、金属を金属シード層４２０と凝集させる条件下で金属酸化物４２５を還元する。いくつかの実施形態では、還元技法は、銅粉末などの金属粒子４２７を生成し、金属粒子４２７は金属シード層４２０と凝集することができる。金属粒子４２７は、金属シード層４２０と一体化された被膜を形成しない。金属粒子４２７は、連続的でなく、共形でなく、および／または金属シード層４２０に対する接着性を有さない。
【００７１】
図４Ｄは、還元された金属酸化物が、金属シード層と一体化された被膜を形成した状態での、金属シード層の概略断面図の一例を示す。いくつかの実施形態では、還元ガス種のラジカル、還元ガス種からのイオン、還元ガス種からのＵＶ放射、または還元ガス種自体が、金属酸化物４２５を還元することができる。還元ガス雰囲気に関するプロセス条件が適切に調節されるとき、図４Ａでの金属酸化物４２５は、金属シード層４２０と一体化された被膜４２８に変換することができる。被膜４２８は、粉末ではない。図４Ｃにおける例とは対照的に、被膜４２８は、被膜４２８を金属シード層４２０と一体化させる複数の特性を有することがある。例えば、被膜４２８は、輪郭の金属シード層４２０の上で、実質的に連続であり、共形であることがある。さらに、被膜４２８は、金属シード層４２０に対してかなりの接着性を有することがあり、したがって、被膜４２８は、金属シード層４２０から容易には剥離しない。
【００７２】
遠隔プラズマ装置：
金属シード層を有する基板を準備するための遠隔プラズマ装置が開示される。遠隔プラズマ装置は、処理チャンバと、処理チャンバの上方にある遠隔プラズマ源と、制御装置とを含む。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置は、さらに、処理チャンバ内で基板を保持するための基板支持体と、遠隔プラズマ源と基板支持体との間のシャワーヘッドとを含む。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置は、さらに、処理チャンバ内に１つまたは複数の可動部材を含む。１つまたは複数の可動部材は、シャワーヘッドと基板支持体との間の位置に基板を移動させるように構成することができる。制御装置は、処理チャンバ内に、基板のめっき表面上に金属シード層を有する基板を提供する操作であって、金属シード層の一部が金属の酸化物に変換されている操作と、遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマを生成する操作であって、遠隔プラズマが、還元ガス種からのラジカル、イオン、およびＵＶ放射の１つまたは複数を含む操作と、遠隔プラズマに基板の金属シード層を露出させる操作であって、遠隔プラズマへの露出が、金属の酸化物を、金属シード層と一体化された被膜の形態での金属に還元する操作とを実施するように構成することができる。また、制御装置は、基板の金属シード層を遠隔プラズマに露出させる前に１つまたは複数の可動部材によって基板を基板支持体に向けて移動させる操作と、基板を冷却ガスに露出させる操作とを含めた、１つまたは複数の操作を実施するように構成することもできる。
【００７３】
遠隔プラズマ装置は、遠隔プラズマを用いて基板を処理することに限定されない複数の操作を実施するように構成することができる。遠隔プラズマ装置は、電気めっき装置、無電解めっき装置、または他の金属堆積装置に、およびそれらの装置から基板を効率的に移送（例えば装填／脱装）するように構成することができる。例えば、制御装置は、めっき溶液を含むめっき浴に基板を移送し、めっき溶液を使用して金属シード層上に金属をめっきするように構成することができる。遠隔プラズマ装置は、可動部材を使用して、および／または基板支持体を使用して基板を位置決めすることによって、基板の温度を効率的に制御するように構成することができる。遠隔プラズマ装置は、基板支持体の温度およびシャワーヘッドの温度を制御することによって、基板の温度を効率的に制御するように構成することができる。遠隔プラズマ装置は、シャワーヘッドに対して基板支持体を位置決めすることによって、還元反応の速度および還元反応の均一性を調整するように構成することができる。遠隔プラズマ装置は、処理チャンバ内に送給されるガスおよびガスの流量を制御することによって、基板を取り巻く環境条件を制御するように構成することができる。そのような操作は基板の処理を改良することができ、また、追加の操作を単一の独立型装置に組み込むことができる。したがって、基板を処理および冷却するために、２つの別個のモジュールを使用するのではなく、単一の装置を使用することができる。さらに、上述した操作のいくつかを行うことができるように遠隔プラズマ装置を構成することによって、遠隔プラズマ装置は、基板の処理前、処理中、および処理後に、生じ得る金属シード層の酸化を減少させることができる。
【００７４】
いくつかの実装形態では、遠隔プラズマ装置は、さらに、ＵＶ源を含むことができる。ＵＶ源は、水銀ランプ、ＵＶエキシマランプ、ＵＶエキシマレーザ、および他の適切なＵＶ源など、ＵＶ広帯域ランプを含むことができる。ＵＶ源の態様は、２０１３年３月６日に出願された米国特許出願第１３／７８７，４９９号（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ０２７）に記載されていることがあり、その特許文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。いくつかの実装形態では、還元ガス種をＵＶ源からのＵＶ放射に露出させて、還元ガス種のラジカルおよび他の荷電種を生成することができ、ラジカルおよび他の荷電種は、金属シード層の金属酸化物表面と反応して、金属酸化物を還元することができる。
【００７５】
図５は、処理チャンバを備える遠隔プラズマ装置の概略断面図の一例を示す。遠隔プラズマ装置５００は、処理チャンバ５５０を含み、処理チャンバ５５０は、基板５１０を支持するためのペデスタルなどの基板支持体５０５を含む。また、遠隔プラズマ装置５００は、基板５１０の上方にある遠隔プラズマ源と、基板５１０と遠隔プラズマ源５４０との間にあるシャワーヘッド５３０とを含む。還元ガス種５２０は、遠隔プラズマ源５４０から、基板５１０に向かってシャワーヘッド５３０を通って流れることができる。遠隔プラズマ源５４０内で遠隔プラズマを発生させることができ、還元ガス種５２０のラジカルを生成する。また、遠隔プラズマは、還元ガス種のイオンおよび他の荷電種を生成することもできる。遠隔プラズマは、さらに、還元ガス種からＵＶ放射などの光子を発生することもできる。例えば、コイル５４４が、遠隔プラズマ源５４０の壁を取り囲み、遠隔プラズマ源５４０内で遠隔プラズマを発生させることがある。
【００７６】
いくつかの実施形態では、コイル５４４は、高周波（ＲＦ）電源またはマイクロ波電源と電気的に連絡することがある。ＲＦ電源を備える遠隔プラズマ源５４０の一例は、ラムリサーチコーポレーション（米国カリフォルニア州フリーモント）によって製造されているＧＡＭＭＡ（登録商標）で見ることができる。ＲＦ遠隔プラズマ源５４０の別の例は、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（米国マサチューセッツ州ウィルミントン）によって製造されているＡｓｔｒｏｎ（登録商標）で見ることができ、これは、４４０ｋＨｚで動作することができ、１つまたは複数の基板を並列に処理するためのより大型の装置にボルト留めされたサブユニットとして提供することができる。いくつかの実施形態では、やはりＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって製造されているＡｓｔｅｘ（登録商標）で見られるように、マイクロ波プラズマを遠隔プラズマ源５４０と共に使用することができる。マイクロ波プラズマは、２．４５ＧＨｚの周波数で動作するように構成することができる。
【００７７】
ＲＦ電源を用いる実施形態では、所望の組成のラジカル種のプラズマを生成するために、ＲＦ発生器を任意の適切な出力で動作させることができる。適切な出力の例としては、限定はしないが、約０．５ｋＷ〜約６ｋＷの間の出力が挙げられる。同様に、ＲＦ発生器は、誘導結合プラズマに関して、１３．５６ＭＨｚなど適切な周波数のＲＦ出力を提供することができる。
【００７８】
還元ガス種５２０は、ガス入口５４２から、遠隔プラズマ源５４０の内部体積内に送給される。コイル５４４に供給される電力は、還元ガス種５２０を有する遠隔プラズマを発生して、還元ガス種５２０のラジカルを生成することができる。遠隔プラズマ源５４０で生成されたラジカルは、シャワーヘッド５３０を通して基板５１０に向けて気相で搬送することができる。そのような構成を有する遠隔プラズマ源６５５の一例は、２０１１年１２月２７日に付与された米国特許第８，０８４，３３９号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４１４）に記載されていることがあり、その特許文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。還元ガス種５２０のラジカルは、基板５１０の表面上の金属酸化物を還元することができる。
【００７９】
還元ガス種のラジカルに加えて、遠隔プラズマは、還元ガス種５２０のイオンおよび他の荷電種を発生して含むこともできる。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマは、還元ガス種５２０の中性分子を含むことができる。中性分子のいくらかは、還元ガス種５２０からの荷電種の再結合分子でよい。還元ガス種５２０の中性分子または再結合分子も、基板５１０の表面上の金属酸化物を還元することができるが、それらは、還元ガス種５２０のラジカルよりも、金属酸化物を反応させて還元するのに時間がかかることがある。イオンは、基板５１０の表面にドリフトし、金属酸化物を還元することがあり、または、基板支持体５０５に逆符号のバイアスがかけられている場合には、イオンは、基板５１０の表面に向けて加速されて、金属酸化物を還元することがある。より高いイオンエネルギーを有する種を含むことにより、金属シード層内へのより深い注入を可能にすることができ、基板５１０の表面からさらに深くまで準安定ラジカル種を生成する。例えば、基板５１０が、約１０：１〜約６０：１の間など高いアスペクト比のフィーチャを有する場合、より高いイオンエネルギーを有するイオンは、そのようなフィーチャ内により深く貫入することができ、フィーチャのより全体にわたって金属酸化物の還元を可能にする。対照的に、遠隔プラズマ発生からの還元ガス種５２０のラジカルのいくらかは、フィーチャの領域内または上部付近で再結合することがある。また、より高いイオンエネルギー（１０ｅＶ〜１００ｅＶなど）を有するイオンを使用して、金属シード層内の金属を再スパッタおよびリフローすることができ、これは、より均一なシード被覆をもたらし、後続のめっきまたは金属堆積（ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤなど）に関するアスペクト比を減少することができる。
【００８０】
図５で、遠隔プラズマ装置５００は、基板５１０の温度を能動冷却する、または何らかの形で制御することができる。いくつかの実施形態では、処理中の還元反応の速度および遠隔プラズマへの露出の均一性を制御するために、基板５１０の温度を制御することが望ましいことがある。また、処理前、処理中、および／または処理後に、基板５１０に対する酸化の影響を低減するために、基板５１０の温度を制御することが望ましいこともある。
【００８１】
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置５００は、リフトピンなどの可動部材５１５を含むことができ、可動部材５１５は、基板５１０を基板支持体５０５から離れるように、または基板支持体５０５に向かって移動させることが可能である。可動部材５１５は、基板５１０の下面に接触することができ、または何らかの形で基板支持体５０５から基板５１０を取り上げることができる。いくつかの実施形態では、可動部材５１５は、垂直方向で基板５１０を移動させ、基板５１０と基板支持体５０５との間の間隔を制御することができる。いくつかの実施形態では、可動部材５１５は、２つ以上の作動可能なリフトピンを含むことができる。可動部材５１５は、基板支持体５０５から約０インチ〜約５インチの間、またはそれ以上離れるように延びるように構成することができる。可動部材５１５は、基板５１０を冷却するために、基板５１０を高温の基板支持体５０５から離して、低温のシャワーヘッド５３０に向けるように延びることができる。また、可動部材５１５は、基板５１０を加熱するために、基板５１０を高温の基板支持体５０５に向けて、低温のシャワーヘッド５３０から離すように後退することもできる。可動部材５１５によって基板５１０を位置決めすることによって、基板５１０の温度を調節することができる。基板５１０を位置決めするとき、シャワーヘッド５３０と基板支持体５０５は、一定の温度で保つことができる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置５００は、シャワーヘッド温度の制御を可能にするシャワーヘッド５３０を含むことができる。温度制御を可能にするシャワーヘッド構成の一例は、２０１２年３月２０日に付与された米国特許第８，１３７，４６７号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２４６）および２００９年４月１６日に公開された米国特許出願公開第２００９／００９５２２０号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ２４６Ｘ１）に記載されていることがあり、どちらの特許文献も、全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。温度制御を可能にするシャワーヘッド構成の別の例は、２０１１年６月２３日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０１４６５７１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ３２９）に記載されていることがあり、その特許文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。シャワーヘッド５３０の能動冷却を可能にするために、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米国ミシガン州ミッドランド）によって製造されている脱イオン水または伝熱液体など、熱交換流体が使用されることがある。いくつかの実施形態では、熱交換流体は、シャワーヘッド５３０内の流体チャネル（図示せず）を通って流れることができる。さらに、シャワーヘッド５３０は、温度を制御するために、流体加熱器／冷却器などの熱交換システム（図示せず）を使用することができる。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド５３０の温度は、約３０℃未満、例えば約５℃〜約２０℃の間に制御されることがある。シャワーヘッド５３０は、基板５１０の処理中に過剰な熱により生じることがある金属シード層の損傷を減少させるために冷却されることがある。また、シャワーヘッド５３０は、例えば基板５１０の処理前および処理後に基板５１０の温度を低下させるために冷却されることもある。
【００８３】
いくつかの実施形態では、シャワーヘッド５３０は、複数の穴を含むことがある。シャワーヘッド５３０の穴のサイズおよび数の増加、および／またはシャワーヘッド５３０の厚さの減少により、シャワーヘッド５３０を通る還元ガス種５２０からのラジカル、イオン、およびＵＶ放射のより大きな流れを可能にすることができる。より多くのラジカル、イオン、およびＵＶ放射に金属シード層を露出させることで、金属シード層内の金属酸化物を還元するためにより多くのＵＶ露出およびエネルギー種を提供することができる。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド５３０は、約１００個〜約９００個の間の穴を含むことができる。いくつかの実施形態では、穴の平均直径は、約０．０５〜約０．５インチの間でよい。これにより、穴によるシャワーヘッド５３０の開放面積を約３．７％〜約２５％の間にすることができる。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド５３０は、約０．２５〜約３．０インチの間の厚さを有することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、基板支持体５０５は、シャワーヘッド５３０に向かって、またはシャワーヘッド５３０から離れるように移動するように構成することができる。基板支持体５０５は、基板５１０とシャワーヘッド５３０との間の間隔を制御するために垂直方向で延びることができる。基板５１０上の金属酸化物を還元するとき、基板５１０上での還元の均一性および速度を調整することができる。例えば、基板支持体５０５がシャワーヘッド５３０のより近くにある場合、基板５１０の表面上の金属酸化物の還元は、より速く進むことがある。しかし、基板５１０の中央が基板５１０の縁部よりも高温になることがあり、これにより、還元処理があまり均一でなくなることがある。したがって、基板５１０を処理するための所望の速度および均一性を得られるように、基板５１０とシャワーヘッド５３０との間隔を調節することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体５０５は、シャワーヘッド５３０から約０インチ〜約５インチの間、または約５インチよりも大きく離れるように構成することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、基板支持体５０５の温度を調節することもできる。いくつかの実施形態では、基板支持体５０５は、１つまたは複数の流体チャネル（図示せず）を有するペデスタルでよい。流体チャネルは、ペデスタル内部で伝熱流体を循環させ、伝熱流体の温度に応じてペデスタルを能動冷却または能動加熱することができる。そのような流体チャネルおよび伝熱流体を含む実施形態は、本明細書で前述した能動冷却型のペデスタルシステムで説明することができる。１つまたは複数の流体チャネルを通る伝熱流体の循環は、基板支持体５０５の温度を制御することができる。基板支持体５０５の温度制御により、基板５１０の温度をより精密に制御することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体５０５の温度は、約０℃〜約４００℃の間になるように調節することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置５００は、処理チャンバ５５０を通して冷却ガス５６０を流すために、１つまたは複数のガス入口５２２を含むことができる。１つまたは複数のガス入口５２２は、基板５１０の上、下、および／または側部に位置決めすることができる。１つまたは複数のガス入口５２２のいくつかは、基板５１０の表面に実質的に垂直な方向に冷却ガス５６０を流すように構成することができる。いくつかの実施形態では、ガス入口５２２の少なくとも１つは、冷却ガス５６０を、シャワーヘッド５３０を通して基板５１０に送給することができる。１つまたは複数のガス入口５２２のいくつかは、基板５１０の平面に平行でよく、基板５１０の表面にわたって冷却ガス５６０のクロスフローを送給するように構成することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のガス入口５２２は、基板５１０の上方および下方に冷却ガス５６０を送給することができる。基板５１０にわたる冷却ガス５６０の流れは、基板５１０の急速な冷却を可能にすることができる。基板５１０の急速な冷却は、基板５１０内の金属シード層の酸化を減少させることができる。基板５１０のそのような冷却は、基板５１０の処理前および処理後に行うことができる。冷却用の冷却ガス５６０の流量は、約０．１ｓｌｍ（標準状態換算でのリットル毎分）〜約１００ｓｌｍの間でよい。
【００８７】
冷却ガス５６０の例としては、窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、およびアルゴンなど比較的不活性のガスを挙げることができる。いくつかの実施形態では、冷却ガス５６０は、窒素、ヘリウム、およびアルゴンの少なくとも１つを含むことができる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、冷却ガス５６０は、室温で、例えば約１０℃〜約３０℃の間で送給することができる。いくつかの実施形態では、冷却ガス５６０は、室温未満の温度で送給することができる。例えば、液体アルゴン、ヘリウム、または窒素などの低温液体を膨張させてガスにすることによって、低温の不活性ガスを生成することができる。したがって、冷却に使用される冷却ガス５６０の温度範囲は、約−２７０℃〜約３０℃の間に及ぶことがある。
【００８９】
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置５００は、電気めっき装置（図示せず）の一部でよく、または電気めっき装置と一体化されることがある。これは、以下にさらに詳細に論じる図８Ｂおよび図８Ｃで示すことができる。基板５１０での金属シード層の酸化は、周囲条件に対する露出中に急速に生じることがある。遠隔プラズマ装置５００を電気めっき装置に取り付ける、または何らかの形で接続することによって、周囲条件に対して基板５１０を露出させる時間を短縮することができる。例えば、処理後の遠隔プラズマ装置と電気めっき装置との間での移送時間は、約１５秒〜約９０秒の間、または約１５秒未満でよい。
【００９０】
表Ｉは、遠隔プラズマ装置５００の特定の実施形態と共に使用することができるプロセスパラメータの例示的な範囲をまとめたものである。
【表１】
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【００９１】
制御装置５３５は、遠隔プラズマ装置５００の動作に関するパラメータを制御するための命令を含むことがある。制御装置５３５は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数の処理装置とを含む。処理装置は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボードなどを含むことがある。制御装置５３５の態様は、図８Ａおよび図８Ｂでの制御装置に関してさらに説明することができる。
【００９２】
図６Ａは、金属シード層を有する基板を処理する方法を例示する例示的な流れ図を示す。図７Ａないし図７Ｄは、遠隔プラズマ装置を使用して金属シード層を有する基板を処理する様々な段階を示す概略断面図の例を示す。図６Ａで論じるステップのいくつかは、図７Ａないし図７Ｄでの対応する概略断面図に関して論じることができる。
【００９３】
図６Ａで、プロセス６００ａは、ステップ６０５ａから始めることができ、ステップ６０５ａで、基板が処理チャンバ内に提供される。基板は、金属シード層を含むことができ、ここで、金属シード層の一部は、金属の酸化物に変換されている。遠隔プラズマによる基板の処理前に、基板を遠隔プラズマ装置の処理チャンバ内に装填することができる。いくつかの実施形態では、基板は、１つまたは複数の可動部材上に作動位置で提供することができる。いくつかの実施形態では、装填中に基板を冷却するために、処理チャンバを通して不活性ガスを流すことができる。これは、装填中の基板のさらなる酸化を減少させることができる。いくつかの実施形態では、処理チャンバ内に基板を装填した後、処理チャンバを閉じて、真空または低圧にポンプダウンすることができる。これは、実質的に酸素を含まない環境を提供することができる。処理チャンバの圧力は、約０．５Ｔｏｒｒ〜約６Ｔｏｒｒの間でよく、例えば約０．５Ｔｏｒｒ〜３Ｔｏｒｒの間でよい。低圧は、環境内の酸素の存在を減少させることができる。したがって、そのような条件での処理チャンバ内への基板の装填は、金属シード層のさらなる酸化を減少させることができる。
【００９４】
図７Ａは、金属シード層を有する基板を処理する段階の１つ（例えばステップ６０５ａ）での遠隔プラズマ装置７００の概略断面図の一例を示す。遠隔プラズマ装置７００は、処理チャンバ７５０内の基板支持体７０５と、基板支持体７０５の上方にある遠隔プラズマ源７４０と、遠隔プラズマ源７４０と基板支持体７０５との間のシャワーヘッド７３０とを含む。可動部材７１５は、基板７１０を位置決めするために、基板支持体７０５からシャワーヘッド７３０に向かって延びることができる。可動部材の例としては、リフトピンおよび周縁グリップを挙げることができる。基板７１０は、金属シード層を含むことがあり、ここで、金属シード層は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、およびＷの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、金属シード層の厚さは、約１００Å未満でよい。
【００９５】
図７Ａで、処理チャンバ７５０内の可動部材７１５は、基板７１０を作動位置に位置決めすることができる。作動位置は、非作動位置（図７Ｂに示される）よりもシャワーヘッド７３０に近い距離Ａ１で基板７１０を配置することができる。作動位置では、基板７１０とシャワーヘッド７３０との間の距離Ａ１は、約０．０５インチ〜約０．７５インチの間でよい。基板７１０と基板支持体７０５との間の距離Ｂ１は、任意の所望の距離でよい。例えば、距離Ｂ１は、約１インチ〜約５インチの間など、約１インチよりも大きくてよい。シャワーヘッド７３０は、約３０℃未満など比較的低い温度で維持することができる。
【００９６】
図６Ａに戻ると、ステップ６１０ａで、基板は、処理チャンバ内で基板支持体に向けて移動される。いくつかの実施形態では、基板は、可動部材によって非作動位置に移動させることができる。非作動位置は、作動位置よりも処理チャンバ内のシャワーヘッドから離れている。いくつかの実施形態では、非作動位置での基板は、基板支持体と接触することがある。例えば、可動部材は、基板が基板支持体上に載置することができるように引き戻されることがある。いくつかの実施形態では、基板支持体と基板との間に間隙が存在することがあり、伝熱を、伝導、対流、放射、またはそれらの組合せによって行うことができる。基板支持体を加熱することができ、これによりさらに基板を加熱することができる。基板支持体は、約０℃〜約４００℃の間の温度などの処理温度に加熱されることがある。基板支持体の温度は、基板の金属シード層に応じて決まることがある。例えば、基板支持体は、コバルトに関しては約２５０℃〜約３００℃の間に加熱することができ、銅に関しては約７５℃〜約１００℃の間に加熱することができる。基板をより高温にすると、金属酸化物の還元反応を加速することができる。しかし、温度は、金属シード層の凝集温度を超えないように選択されることがある。基板が加熱されるとき、基板は、遠隔プラズマ処理を施されることがある。
【００９７】
図７Ｂは、金属シード層を有する基板を処理する段階の１つ（例えばステップ６１０ａ）での遠隔プラズマ装置７００の概略断面図の一例を示す。遠隔プラズマ装置７００は、基板支持体７０５の上にある基板７１０を含み、ここで、基板７１０は非作動位置にある。非作動位置では、基板７１０は、シャワーヘッド７３０から距離Ａ２に位置決めされ、作動位置よりもシャワーヘッド７３０から離れている。シャワーヘッド７３０と基板７１０との間の距離Ａ２は、約１インチ〜約５インチの間など、約１インチよりも大きくてよい。基板７１０と基板支持体７０５は互いに接触することができ、または基板７１０と基板支持体７０５との間の距離Ｂ２は比較的小さくすることができ、それにより、基板７１０と基板支持体７０５との間での効率的な伝熱を可能にする。いくつかの実施形態では、距離Ｂ２は、約０インチ〜約０．５インチの間でよい。いくつかの実施形態では、可動部材７１５は、基板７１０が基板支持体７０５に載置するように引き戻すことができる。基板支持体７０５は、基板支持体７１０を垂直方向に移動させることによって、シャワーヘッド７３０に対して基板７１０を位置決めすることができる。シャワーヘッド７３０は、約３０℃未満など比較的低い温度で維持することができる。
【００９８】
距離Ａ２を調節することができ、基板の処理中の反応の速度と反応の均一性とを調整することができる。例えば、基板支持体７０５がシャワーヘッド７３０により近い場合、反応の速度は、より速くなることがあるが、より不均一な結果しか実現できない。距離Ａ２は、基板支持体７０５の垂直移動によって調節することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体７０５は、処理チャンバ内で第１の位置から第２の位置に移動することができ、ここで、第１の位置と第２の位置の間の距離は、約１インチよりも大きい。基板支持体７０５の位置決めの自由度の増加は、後続の還元処理の速度および均一性を調整する際の融通性をより高くする。
【００９９】
図６Ａに戻ると、ステップ６１５ａで、遠隔プラズマ源内で還元ガス種から遠隔プラズマを生成することができ、ここで、遠隔プラズマは、還元ガス種のラジカルを含む。遠隔プラズマは、還元ガス種をエネルギー源に露出させることによって生成することができる。エネルギー源は、ラジカル、イオン、および他の荷電種を生成することができ、それらを基板に向けて流すことができる。いくつかの実施形態では、エネルギー源は、ＲＦ放電でよい。遠隔プラズマが生成されるとき、基板は、所望の処理温度に加熱することができ、または所望の処理温度に既に加熱されている。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、遠隔プラズマ源に接続され、イオンをフィルタ除去し、それにより、還元ガス種のラジカルを処理チャンバ内の基板に向けて流すことができる。
【０１００】
ステップ６２０ａで、基板の金属シード層が、還元ガス種のラジカルに露出される。金属シード層の一部は、金属シード層の酸化物を含むことがある。シャワーヘッドを通る遠隔プラズマの流れの中に生成されるイオン、ラジカル、および他の荷電種については、これらをフィルタ除去することができ、それにより、基板は、実質的に還元ガス種のラジカルに露出される。金属酸化物は、還元ガス種のラジカルまたは還元ガス種自体と反応することができ、金属酸化物が金属に変換される。反応は、金属酸化物を金属に変換する条件下で行われる。金属シード層内の金属酸化物は、還元されて、金属シード層と一体化された被膜を形成する。還元ガス種を使用する金属シード層内の金属酸化物の還元は、２０１３年３月６日に出願された米国特許出願第１３／７８７，４９９号（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ０２７）に記載されていることがあり、その特許文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込む。いくつかの実施形態では、還元ガス種のラジカルは、シャワーヘッドが約３０℃未満の温度で維持されるときに、シャワーヘッドを通って流れる。
【０１０１】
図７Ｃは、金属シード層を有する基板を処理する段階の１つ（例えばステップ６１５ａおよび６２０ａ）での遠隔プラズマ装置７００の概略断面図の一例を示す。遠隔プラズマ装置７００は、基板７１０の上方にある遠隔プラズマ源７４０と、遠隔プラズマ源７４０の壁を取り囲む１つまたは複数のコイル７４４とを含む。遠隔プラズマ源７４０の内部体積内に還元ガス種７２０を送給するために、ガス入口７４２を遠隔プラズマ源７４０に接続することができる。還元ガス種７２０は、約５００ｓｃｃｍ〜約３０，０００ｓｃｃｍの間の流量で流すことができ、これは、任意の基板サイズに適用可能となり得る。いくつかの実施形態では、還元ガス種７２０は、Ｈ２、ＮＨ３、ＣＯ、Ｂ２Ｈ６、亜硫酸化合物、炭素および／または炭化水素、亜リン酸塩、およびＮ２Ｈ４の少なくとも１つを含むことができる。１つまたは複数のコイル７４４に供給される電力は、遠隔プラズマ源７４０内で、還元ガス種７２０の遠隔プラズマを発生することができる。コイル７４４に供給されるＲＦプラズマ出力は、約０．５ｋＷ〜約６ｋＷの間でよい。遠隔プラズマは、Ｈ＊、ＮＨ＊、ＮＨ２＊、またはＮ２Ｈ３＊など還元ガス種７２０のラジカルを含むことができる。また、遠隔プラズマは、イオンおよび他の荷電種を含むこともあるが、シャワーヘッド７３０は、それらのイオンおよび他の荷電種をフィルタ除去することができ、それにより、還元ガス種７２０のラジカルが基板７１０に到達する。還元ガス種７２０のラジカルは、遠隔プラズマ源７４０からシャワーヘッド７３０を通って処理チャンバ７５０内の基板７１０の表面上に流れる。シャワーヘッド７３０は、約３０℃未満など比較的低い温度で維持することができる。冷却されたシャワーヘッド７３０は、基板７１０に到達する過剰な熱を制限して、基板７１０内での金属シード層の損傷を回避する。
【０１０２】
図７Ｃで、基板７１０は、非作動位置のままにすることができる。基板支持体７０５を移動させることによって、基板７１０とシャワーヘッド７３０との間の距離Ａ３を調節することができる。距離Ａ３の調節は、基板７１０で生じる還元反応の速度および還元反応の均一性を調整することができる。例えば、より短い距離Ａ３は、金属酸化物の変換をより速くするが、均一性をより低くすることがあり、一方、より長い距離Ａ３は、金属酸化物の変換をより遅くするが、均一性をより高くすることがある。いくつかの実施形態では、距離Ａ３は、距離Ａ２と同じでよい。可動部材７１５は、基板７１０と基板支持体７０５とが接触したままであるように引き戻すことができ、または、基板７１０と基板支持体７０５との間の距離Ｂ３は、図７Ｂでの距離Ｂ２と同じでよい。
【０１０３】
基板支持体７０５の温度は、能動加熱または能動冷却システムによって調節することができる。温度は、処理される基板７１０内の金属シード層に従って調整することができる。例えば、２つの異なる温度レジームでの動作を必要とする２つの異なる金属シード層の間で切り替えるときに、基板支持体７０５の温度を変えることができる。例えば、基板支持体７０５は、コバルトシード層に関しては約２５０℃〜約３００℃の間に加熱することができ、銅シード層に関しては約７５℃〜約１００℃の間に切り替えることができる。
【０１０４】
図６Ａに戻ると、ステップ６２５ａで、基板は、冷却ガスに露出される。冷却ガスは、アルゴン、ヘリウム、および窒素の少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施形態では、冷却ガスは、冷却液体を膨張させてガスにすることによって生成することができる。基板を冷却ガスに露出させることで、基板を約３０℃未満の温度に冷却することができる。したがって、冷却ガスは、基板を冷却するために周囲条件未満の温度で送給することができる。いくつかの実施形態では、冷却ガスに基板を露出させる前に、可動部材によって基板を作動位置に移動させることができる。より急速な冷却のために、作動位置にある状態で基板を冷却ガスに露出させることができる。いくつかの実施形態では、冷却ガスに基板を露出させた後に、基板を電気めっき装置に移送することができる。あるいは、基板を無電解めっきまたは他の金属堆積装置に移送することができる。いくつかの実施形態では、冷却ガスに基板を露出させた後に、換気ガスによって処理チャンバを雰囲気条件に換気することができる。
【０１０５】
図７Ｄは、金属シード層を有する基板を処理する段階の１つ（例えばステップ６２５ａ）での遠隔プラズマ装置７００の概略断面図の一例を示す。遠隔プラズマ装置７００は、冷却ガス７６０を送給するための１つまたは複数の冷却ガス入口７２２を含むことができる。冷却ガス入口７２２は、基板７１０の上方および側方を含め、基板７１０の周りに位置決めすることができる。冷却ガス７６０は、シャワーヘッド７３０を通して、基板面に垂直に基板７１０上に向けることができる。また、冷却ガス７６０は、プロセスチャンバ７５０の側部で、冷却ガス入口７２２から基板面に平行に基板７１０上に向けることもできる。冷却ガス７６０は、約０．１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍの間の流量でプロセスチャンバ７５０内に流すことができる。冷却ガス入口７２２は、基板７１０にわたって冷却ガス７６０を流すことができ、基板を電気めっき、無電解めっき、または他の金属堆積装置に移送する前に基板７１０を急速に冷却することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体７０５をオフに切り替えるまたは冷却することなく、基板７１０を冷却することができる。これにより、基板７１０を単一のプロセスチャンバ７５０の内部で処理および冷却することができるようになり、個別の加熱および冷却区域を有する２チャンバ設計を使用する必要はない。
【０１０６】
図７Ｄで、基板７１０は、作動位置にあることがある。シャワーヘッド７３０と基板７１０との間の距離Ａ４は、約０．０５インチ〜約０．７５インチの間でよい。いくつかの実施形態では、距離Ａ４は、図７Ａの距離Ａ１と同じでよい。基板７１０を、冷却されたシャワーヘッド７３０のより近くに、高温の基板支持体７０５から離して位置決めすることによって、基板７１０をより急速に冷却することができる。可動部材７１５は、基板７１０を基板支持体７０５から離れるように、シャワーヘッド７３０に向けて持ち上げることができる。基板支持体７０５と基板７１０との間の距離Ｂ４は、約１インチよりも大きくてよく、または約１インチ〜約５インチの間でよい。いくつかの実施形態では、距離Ｂ４は、図７Ａの距離Ｂ１と同じでよい。いくつかの実施形態では、基板７１０が作動位置にあり、ほぼ室温まで冷却されるとき、プロセスチャンバ７５０を雰囲気条件に換気して、基板を、電気めっき、無電解めっき、または他の金属堆積装置に移送することができる。
【０１０７】
図６Ｂは、金属シード層を有する基板を処理する別の方法を例示する例示的な流れ図を示す。方法６００ａのステップ６０５ａで概して述べたのと同様に、方法６００ｂのステップ６０５ｂで、金属シード層を有する基板を処理チャンバ内に提供することができる。金属シード層は、金属の酸化物に変換されている部分を有することがある。
【０１０８】
ステップ６１０ｂで、遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマを生成することができ、ここで、遠隔プラズマは、還元ガス種からのラジカル、イオン、およびＵＶ放射の１つまたは複数を含む。遠隔プラズマのエネルギーは、より高エネルギーのイオンを含めた、より高エネルギーの種を発生するように増加させることができる。より高いエネルギーのイオンは、高密度プラズマ（ＨＤＰ）処理システムおよび／またはスパッタリングシステムで生成することができる。また、遠隔プラズマは、還元ガス種の励起により、ＵＶ放射を発生することもある。発生されるＵＶ放射は、約１００ｎｍ〜約７００ｎｍの間の波長を有することがある。例えば、発生されるＵＶ放射は、約１２０ｎｍ〜約２００ｎｍの間などの短波長ＵＶ光と、約２００ｎｍ〜約７００ｎｍの間などの長波長ＵＶ光とを含むことがある。さらに、遠隔プラズマは、中性分子を含むこともあり、および／または還元ガス種の再結合分子を発生することもある。
【０１０９】
ステップ６１５ｂで、基板の金属シード層が遠隔プラズマに露出され、ここで、この露出は、金属の酸化物を還元し、金属シード層内の金属をリフローさせる。いくつかの実装形態では、金属のリフローと金属酸化物の還元とが同時に行われることがある。いくつかの実装形態では、遠隔プラズマは、還元ガス種からのラジカル、イオン、およびＵＶ放射、またはそれらの何らかの組合せを含むことができる。遠隔プラズマ源と処理チャンバとの間のシャワーヘッドは、ラジカル、イオン、およびＵＶ放射がシャワーヘッドを通って基板に向かって流れる、または何らかの形で移動することを可能にするように構成された厚さ、穴の数、および穴の平均直径を有することができる。ラジカル、イオン、およびＵＶ放射は、処理チャンバに入り、金属シード層内の金属酸化物を還元することができる。高エネルギーイオンは、基板の表面からさらに貫入することができ、金属シード層のより大部分にわたって還元化学物質を提供する。ＵＶ放射は、金属酸化物表面を活性化して、還元プロセスの熱力学的特性を改良する、または金属酸化物自体を直接還元することができる。また、ＵＶ放射は、還元ガス種によって吸収されて、金属酸化物を還元することができるラジカルを生じることもある。さらに、還元ガス種の中性分子が、金属シード層内の金属酸化物とさらに反応して還元することができる。
【０１１０】
いくつかの実装形態では、金属シード層内の金属は、露出後に励起され、移動性を与えられることがある。金属はリフローされることがあり、金属シード層内の間隙および空隙を減少し、これは、金属シード層の表面粗さを減少させることができる。金属がリフローされる度合いは、例えば、基板の温度、チャンバ圧力、還元ガス種、およびＵＶ放射の強度に応じて決まることがある。金属がリフローされて、下にある層で再分配されるので、より均一で連続的な金属シード層を形成することができる。
【０１１１】
図８Ａは、電気めっき装置の概略上面図の一例を示す。電気めっき装置８００は、３つの個別の電気めっきモジュール８０２、８０４、および８０６を含むことができる。また、電気めっき装置８００は、様々なプロセス操作用に構成された３つの個別のモジュール８１２、８１４、および８１６を含むこともできる。例えば、いくつかの実施形態では、モジュール８１２および８１６は、スピンリンス乾燥（ＳＲＤ）モジュールでよく、モジュール８１４は、アニーリングステーションでよい。しかし、ＳＲＤモジュールの使用は、遠隔プラズマ処理からの還元ガス種への露出後には不要になることがある。いくつかの実施形態では、モジュール８１２、８１４、および８１６の少なくとも１つは、エレクトロフィル後のモジュール（ＰＥＭ）でよく、各モジュールは、基板が電気めっきモジュール８０２、８０４、および８０６の１つによって処理された後に、基板のエッジベベル除去（ｅｄｇｅ  ｂｅｖｅｌ  ｒｅｍｏｖａｌ）、裏面エッチング、および酸洗浄などの機能を実施するように構成される。
【０１１２】
電気めっき装置８００は、中央電気めっきチャンバ８２４を含むことができる。中央電気めっきチャンバ８２４は、電気めっきモジュール８０２、８０４、および８０６において電気めっき溶液として使用される化学溶液を保持するチャンバである。また、電気めっき装置８００は、ドージングシステム８２６も含み、ドージングシステム８２６は、電気めっき溶液のための添加物を貯蔵および送給することができる。化学物質希釈モジュール８２２は、エッチャントとして使用することができる化学物質を貯蔵および混合することができる。濾過およびポンピングユニット８２８は、中央電気めっきチャンバ８２４のための電気めっき溶液を濾過し、電気めっき溶液を電気めっきモジュール８０２、８０４、および８０６にポンプすることができる。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、アニーリングステーション８３２を使用して、前処理として基板をアニールすることができる。アニーリングステーション８３２は、積み重ねられたいくつかのアニーリングデバイス、例えば積み重ねられた５つのアニーリングデバイスを含むことができる。アニーリングデバイスは、互いに上下に、個別のスタックとして、または他の複数デバイス構成で、アニーリングステーション８３２内に配置されることがある。
【０１１４】
システム制御装置８３０は、電気めっき装置８００を操作するのに必要とされる電子制御およびインターフェース制御機能を提供する。システム制御装置８３０（１つまたは複数の物理的または論理制御装置を含むことがある）が、電気めっき装置８００の特性のいくつかまたはすべてを制御する。システム制御装置８３０は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数の処理装置とを含む。処理装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボード、および他の同様の構成要素を含むことがある。本明細書で述べる適切な制御動作を実施するための命令を、処理装置で実行することができる。これらの命令は、システム制御装置８３０に関連付けられたメモリデバイスに記憶されていることがあり、またはネットワークを介して提供されることがある。特定の実施形態では、システム制御装置８３０は、システム制御ソフトウェアを実行する。
【０１１５】
電気めっき装置８００内のシステム制御ソフトウェアは、タイミング、電解質成分の混合、入口圧力、めっきセル圧力、めっきセル温度、基板温度、基板および任意の他の電極に印加される電流および電位、基板位置、基板回転、および電気めっき装置８００によって実施される他のパラメータを制御するための電気めっき命令を含むことがある。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な様式で構成することができる。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実施するのに必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれることがある。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語で符号化されることがある。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェアは、上述した様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含む。例えば、電気めっきプロセスの各段階が、システム制御装置８３０によって実行するための１つまたは複数の命令を含むことがあり、前処理または還元プロセスの各段階が、システム制御装置８３０によって実行するための１つまたは複数の命令を含むことがある。電気めっきを行う際、浸漬プロセス段階に関するプロセス条件を設定するための命令が、対応する浸漬レシピ段階に含まれることがある。前処理または還元を行う際、基板を遠隔プラズマに露出させるためのプロセス条件を設定するための命令が、対応する還元段階レシピに含まれることがある。いくつかの実施形態では、電気めっきプロセスと還元プロセスの段階は連続的に構成されることがあり、それにより、プロセス段階に関するすべての命令が、そのプロセス段階と同時に実行される。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが採用されることがある。この目的でのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板位置決めプログラム、電解質成分制御プログラム、圧力制御プログラム、加熱器制御プログラム、電位／電流電源制御プログラムが挙げられる。この目的でのプログラムまたはこのプログラムの一部の他の例としては、タイミング制御プログラム、可動部材位置決めプログラム、基板支持体位置決めプログラム、遠隔プラズマ装置制御プログラム、圧力制御プログラム、基板支持体温度制御プログラム、シャワーヘッド温度制御プログラム、冷却ガス制御プログラム、およびガス雰囲気制御プログラムが挙げられる。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、システム制御装置８３０に関連付けられるユーザインターフェースが存在することがある。ユーザインターフェースは、ディスプレイスクリーン、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにユーザ入力デバイス、例えばポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどを含むことがある。
【０１１９】
プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサから、システム制御装置８３０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されることがある。プロセスを制御するための信号は、プロセスツールのアナログおよびデジタル出力接続で出力されることがある。監視することができるプロセスツールセンサの非限定的な例としては、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などが挙げられる。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムを、これらのセンサからのデータと共に使用して、基板の温度などのプロセス条件を維持することができる。
【０１２０】
ハンドオフツール８４０は、カセット８４２またはカセット８４４などの基板カセットから基板を選択することができる。カセット８４２または８４４は、ＦＯＵＰ（フープ；ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ）でよい。ＦＯＵＰは、制御された環境内で基板を確実にかつ安全に保持し、適切な装填ポートおよびロボット取扱いシステムを装備されたツールによって処理または測定のために基板を取り出すことができるように設計された筐体である。ハンドオフツール８４０は、真空取付けまたは何らかの他の取付け機構を使用して基板を保持することができる。
【０１２１】
ハンドオフツール８４０は、アニーリングステーション８３２、カセット８４２もしくは８４４、移送ステーション８５０、またはアライナ８４８とインターフェースすることがある。移送ステーション８５０から、ハンドオフツール８４６が基板にアクセスすることができる。移送ステーション８５０は、ハンドオフツール８４０および８４６がアライナ８４８を通らずに基板を渡すことができるスロットまたは位置でよい。しかし、いくつかの実施形態では、電気めっきモジュールへの正確な送給のためにハンドオフツール８４６上に基板が適切に位置合わせされることを保証するために、ハンドオフツール８４６は、基板をアライナ８４８と位置合わせすることができる。また、ハンドオフツール８４６は、電気めっきモジュール８０２、８０４、または８０６の１つに、あるいは様々なプロセス操作用に構成された３つの個別のモジュール８１２、８１４、および８１６の１つに基板を送給することもできる。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ装置は、電気めっき装置８００の一部でよく、または電気めっき装置８００と一体化されることがある。図８Ｂは、電気めっき装置を備える遠隔プラズマ装置の拡大概略上面図の一例を示す。しかし、代替として、遠隔プラズマ装置が無電解めっき装置または他の金属堆積装置に取り付けられることもあることを当業者は理解されよう。図８Ｃは、電気めっき装置に取り付けられた遠隔プラズマ装置の３次元斜視図の一例を示す。遠隔プラズマ装置８６０は、電気めっき装置８００の側部に取り付けられることがある。遠隔プラズマ装置８６０は、遠隔プラズマ装置８６０および電気めっき装置８００への、またはそれらの装置からの基板の効率的な移送を容易にするように電気めっき装置８００に接続されることがある。ハンドオフ８４０は、カセット８４２または８４４からの基板にアクセスすることができる。ハンドオフツール８４０は、基板に遠隔プラズマ処理および冷却操作を施すために、遠隔プラズマ装置８６０に基板を渡すことができる。ハンドオフツール８４０は、遠隔プラズマ装置８６０から移送ステーション８５０に基板を渡すことができる。いくつかの実施形態では、アライナ８４８は、電気めっきモジュール８０２、８０４、および８０６の１つ、または３つの個別モジュール８１２、８１４、および８１６の１つへの移送前に基板を位置合わせすることができる。
【０１２３】
電気めっき装置８００内で行われる操作は、排気ガスを生じることがあり、排気ガスは、フロントエンド排気口８６２またはバックエンド排気口８６４を通って流れることができる。また、電気めっき装置８００は、中央電気めっきステーション８２４のための浴濾過アセンブリ８６６と、電気めっきモジュール８０２、８０４、および８０６のための浴およびセルポンピングユニット８６８とを含むこともある。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、システム制御装置８３０は、遠隔プラズマ装置８６０内でのプロセス条件のためのパラメータを制御することができる。そのようなパラメータの非限定的な例としては、基板支持体温度、シャワーヘッド温度、基板支持体位置、可動部材位置、冷却ガス流量、冷却ガス温度、プロセスガス流量、プロセスガス圧力、換気ガス流量、換気ガス、還元ガス、プラズマ出力、露出時間、移送時間などが挙げられる。これらのパラメータは、本明細書で前述したようにユーザインターフェースを利用して入力することができるレシピの形で提供されることがある。
【０１２５】
電気めっき装置８００の一部である遠隔プラズマ装置８６０での操作は、コンピュータシステムによって制御することができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムは、図８Ａに示されるシステム制御装置８３０の一部である。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムは、プログラム命令を含む別個のシステム制御装置（図示せず）を含むことがある。プログラム命令は、金属シード層内で金属酸化物を金属に還元するために必要とされる操作すべてを実施するための命令を含むことがある。また、プログラム命令は、基板を冷却する、基板を位置決めする、および基板を装填／脱填するために必要とされる操作すべてを実施するための命令を含むこともある。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、システム制御装置は、図５に示されるように、遠隔プラズマ装置８６０に接続されることがある。一実施形態では、システム制御装置は、処理チャンバ内に基板を提供するための命令、および基板を処理チャンバ内で基板支持体に向けて移動させ、遠隔プラズマ源内で還元ガス種の遠隔プラズマを生成するための命令を含み、ここで、遠隔プラズマは、還元ガス種のラジカルを含み、システム制御装置はさらに、基板の金属シード層を還元ガス種のラジカルに露出させ、基板を冷却ガスに露出させるための命令を含む。遠隔プラズマは、還元ガス種からのラジカル、イオン、中性分子、およびＵＶ放射の１つまたは複数を含むことがあり、それにより、金属シード層が、還元ガス種からのラジカル、イオン、およびＵＶ放射の１つまたは複数に露出される。システム制御装置は、さらに、図５、図６Ａ、図６Ｂ、および図７Ａ〜図７Ｄに関して本明細書で前述した操作を実施するための命令を含むことがある。
【０１２７】
本明細書で上述した装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光発電パネルなどの作製または製造のためのリソグラフィパターン形成ツールまたはプロセスと共に使用することができる。必ずではないが、典型的には、そのようなツール／プロセスは、共通の製造施設内で使用または実施される。被膜のリソグラフィパターンは、典型的には、以下の操作のいくつかまたはすべてを含み、各ステップが、いくつかの使用可能なツールを用いて可能にされる。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース、すなわち基板にフォトレジストを塗布する操作；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化する操作；（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光にフォトレジストを露出させる操作；（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像し、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成する操作；（５）ドライまたはプラズマ支援エッチングツールを使用することによって、下にある被膜またはワークピースにレジストパターンを転写する操作；および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去する操作。
【０１２８】
本明細書で述べる構成および／または手法は、性質上、例示的なものであり、これらの具体的な実施形態または例は、いくつかの変形形態が可能であるので、限定の意味合いで解釈すべきではないことを理解されたい。本明細書で述べる具体的なルーチンまたは方法は、様々な処理ストラテジの１つまたは複数を表すことがある。したがって、例示される様々な作用は、例示される順序で、他の順序で、もしくは並行して行うことができ、またはいくつかの場合には省略されることもある。同様に、上述したプロセスの順序は変えることができる。
【０１２９】
実験例：
図９は、遠隔プラズマへの露出と、銅に関する導電率の利得との影響関係を示すグラフである。遠隔プラズマを用いて銅シード層を含む基板を前処理しない場合、銅の表面での導電率の変化は、ほぼ無視することができる。しかし、７５℃に加熱された基板を遠隔プラズマを用いて処理することが、銅シード層の表面での導電率をかなり高める。３０秒、６０秒、および１２０秒のいずれの期間にわたって遠隔プラズマ処理が行われたかに関わらず、効果はほぼ変わらなかった。したがって、遠隔プラズマを用いた前処理は、純金属銅に対する酸化銅の存在を効果的に減少させて、導電率を高める。
【０１３０】
図１０は、遠隔プラズマを使用して処理されたときと、遠隔プラズマを使用して処理されなかったときの、シードトレンチクーポンの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。銅シードトレンチクーポンの試料を遠隔プラズマに露出させ、遠隔プラズマが酸化銅を還元して空隙形成を回避する効果を調べた。銅シードトレンチクーポンの各試料は、それぞれ約４８ｎｍの幅を有するトレンチを有していた。マージナル銅シードトレンチクーポンを利用した。その際、シード条件は、薄いシード被覆を提供した。マージナル銅シードトレンチクーポンは、一般に、非常に大きな底部空隙を生じる。マージナル銅シードトレンチクーポンは、製造ウェハ上で典型的には見られない極端な試料を表すが、酸化銅を還元して空隙形成を防止する還元剤処理の効力をより効果的に示すことができる。
【０１３１】
図１０で、マージナル銅シードトレンチクーポンに、遠隔プラズマへの露出による前処理なしで銅をめっきした。これらのトレンチクーポンは、不良な充填を生じ、かなり大きな底部空隙サイズを生じた。しかし、銅の電気めっき前に７５℃で６０秒間、遠隔プラズマへの露出によって前処理したトレンチクーポンは、より良い充填およびより小さい底部空隙を生じた。したがって、トレンチクーポンのＳＥＭ画像は、遠隔プラズマを用いた前処理後の電気めっきの改良された充填を表す。
【０１３２】
図１１は、還元処理後の、周囲条件にさらされた金属シード層上での金属酸化物の成長を示すグラフである。金属シード層が遠隔プラズマで前処理された後、周囲条件への露出は、金属酸化物の再成長をもたらすことができる。図１１でのグラフは、時間の関数として、金属酸化物の再成長が急速に起こることを示す。最初の４時間以内に、金属シード層の表面は、ほぼ再酸化することがある。したがって、周囲条件への露出の時間の短縮は、金属酸化物の再酸化を実質的に制限することができる。
【０１３３】
図１２は、還元処理後に異なる時間にわたって周囲条件にさらされたシードトレンチクーポン、および還元処理なしのシードトレンチクーポンのＳＥＭ画像を示す。最初の対照条件では、前処理を何も行わずに銅をめっきした。第２の条件から最後の条件では、遠隔プラズマで前処理したトレンチクーポンに銅をめっきした。ここで、各条件を異なる時間にわたって周囲条件にさらした。第２の条件下でのトレンチクーポンは、最良の充填および最小の底部空隙を示した。第２の条件では、遠隔プラズマを用いてトレンチクーポンを前処理し、最短の時間にわたって周囲条件にさらした。したがって、ＳＥＭ画像は、遠隔プラズマを用いた前処理後の移送時間の短縮が、電気めっきの充填をかなり改良することを表す。
【０１３４】
図１３は、処理チャンバ内での異なる条件下での時間にわたる温度冷却プロファイルを示すグラフである。各冷却プロファイルは、冷却ガスの流量、シャワーヘッドと基板との間の距離、およびシャワーヘッドとペデスタルとの間の距離を様々に変えて、基板を約８５℃から冷却することによって得た。前述のパラメータを調節することによって、速い冷却速度を実現することができる。例えば、３０ｓｌｍでヘリウムを送給し、シャワーヘッドから１／８インチの位置に基板を位置決めし、シャワーヘッドから３インチの位置にペデスタルを位置決めすることによって、基板は、約１分で約８５℃からほぼ室温に急速に冷却することができる。
【０１３５】
図１４は、温度と、遠隔プラズマ処理後の金属シード層の表面粗さとの影響関係を示すグラフである。基板の温度が約６５℃から約１００℃に上昇したとき、５０Åの厚さの金属シード層の平均表面粗さは、０．６６ｎｍの二乗平均平方根（ＲＭＳ）から約０．５８ｎｍのＲＭＳに減少した。したがって、図１４でのグラフは、温度の上昇と、より滑らかな金属シード層との相関を示す。これは、より高い温度での金属シードリフローが、より均一で連続的な金属シード層を生じることができることを示す。
【０１３６】
図１５は、温度と金属シード層の空隙減少との影響関係を示すグラフである。銅シード層などいくつかのシード層に関して、基板温度をより低くすると、基板上での空隙のパーセンテージを減少させることができる。
【０１３７】
他の実施形態：
明瞭になるように、かつ理解しやすいように、いくらか詳細に上述してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲内で何らかの変更および修正を行うことができることを理解されたい。説明したプロセス、システム、および装置を実装する多くの代替形態が存在することに留意すべきである。したがって、説明した実施形態は、例示とみなすべきであり、限定とみなすべきではない。
【図１Ａ】
2014175659.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１０】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2014175659000001.pdf