(57)【要約】【課題】動的な液体メニスカスを用いたストレスフリーのエッチング処理【解決手段】パターン形成された半導体基板上の不均一性を平坦化および制御するためのシステムおよび方法は、パターン形成された半導体基板を受け取る工程を備える。パターン形成された半導体基板はパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされ、導電性配線材料は過剰部分を有する。過剰部分のバルクは除去され、過剰部分の残りの部分は不均一性を有する。不均一性はマッピングされ、不均一性を補正するために、最適の液体が決定され、動的液体メニスカスエッチング処理レシピが作成される。そして、不均一性を補正して、過剰部分の残りの部分をほぼ平坦化するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用した動的液体メニスカスエッチング処理が実施される。【選択図】図１３
2007520079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成された半導体基板を平坦化するための方法であって、
パターン形成され、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされ、前記導電性配線材料は過剰部分を有する半導体基板を受け取り、
前記過剰部分のバルクを除去し、
前記過剰部分の残りの部分が有する不均一性をマッピングし、
前記不均一性を補正するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを作成し、
前記過剰部分の残りの部分の不均一性を補正するために、前記動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用して動的液体メニスカスエッチング処理を実施する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記過剰部分のバルクの除去は、ＣＭＰ処理において前記過剰部分のバルクを除去することを含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記過剰部分のバルクの除去は、下向き力の小さいＣＭＰ処理において前記過剰部分のバルクを除去することを含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記過剰部分のバルクの除去は、前記基板に最小の横応力を伝えることを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、更に、
ほぼ平坦な追加層を前記過剰部分の上に形成する、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記過剰部分のバルクの除去は、前記追加層をほぼ完全に除去することを含む、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、
前記追加層および前記過剰部分は、ほぼ１：１のエッチング選択性を有する、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用して前記動的液体メニスカスエッチング処理の実施は、
前記動的液体メニスカスエッチング処理を監視し、
動的液体メニスカスエッチング処理コントローラにフィードバックを提供する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記動的液体メニスカスエッチング処理コントローラは、前記フィードバックにしたがって、前記動的液体メニスカスエッチング処理レシピの少なくとも一つの特性を自動的に変更する、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記動的液体メニスカスエッチング処理コントローラは、前記動的液体メニスカスを前記基板の表面に対して相対移動させる、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、
前記動的液体メニスカスエッチング処理の監視は、前記基板の表面を計測センサで走査することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
前記計測センサは、前記動的液体メニスカス内に含まれる、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、
前記計測センサは、前記不均一性をマッピングする、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、
前記不均一性のマッピングは、前記基板に関する不均一性プロファイルの決定を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記基板に関する不均一性プロファイルの決定は、前記バルクの除去処理の不均一性プロファイルモデルを決定することを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、更に、
次に受け取られるパターン形成された半導体基板に対するバルクの除去処理において、前記不均一性プロファイルモデルで記述される不均一性の生成をほぼ排除するために、前記過剰部分のバルクを除去するために使用されるバルクの除去処理を最適化する、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、
前記不均一性を補正するための、動的液体メニスカスエッチング処理レシピの作成は、
後続処理に関する除去速度プロファイルモデルを決定し、
前記基板に関する不均一性プロファイルを前記後続処理に関する除去速度プロファイルモデルと比較し、
前記後続処理について、一種またはそれ以上のパラメータを最適化する、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記後続処理は、前記動的液体メニスカスエッチング処理、ドライエッチング処理、およびウェットエッチング処理からなる群より選択される少なくとも一種の処理を含むことができる、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、
前記導電性配線材料は銅を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、
前記導電性配線材料は成分銅を含む、方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法であって、
前記パターンは、デュアルダマシン処理において、前記パターン形成された半導体基板上に形成される、方法。
【請求項２２】
パターン形成され、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされ、前記導電性配線材料は過剰部分を有する半導体基板を受け取り、
前記過剰部分のバルクを除去し、
前記過剰部分の残りの部分が有する不均一性をマッピングし、
前記不均一性を補正するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを作成し、
前記過剰部分の残りの部分の不均一性を補正するために、前記動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用して動的液体メニスカスエッチング処理を実施する、方法によって形成される半導体素子。
【請求項２３】
デュアルダマシン配線構造を形成する方法であって、
デュアルダマシンパターンを形成され、前記半導体基板はデュアルダマシンパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされ、前記導電性配線材料は不均一性を有する過剰部分を有する半導体基板を受け取り、
前記過剰部分の上へ、ほぼ平坦な追加層を形成し、
前記過剰部分のバルクを除去するための、前記追加層と、前記過剰部分の少なくとも一部のエッチングであって、前記追加層はほぼ完全に除去され、前記過剰部分の残りの部分は不均一性を有する、エッチングを行い、
前記不均一性をマッピングし、
前記不均一性を補正するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを作成し、
前記過剰部分の残りの部分の不均一性を補正するために、前記動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用して動的液体メニスカスエッチング処理を実施する、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、
前記動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用した前記動的液体メニスカスエッチング処理の実施は、
前記動的液体メニスカスエッチング処理の監視と、
動的液体メニスカスエッチング処理コントローラにへのフィードバックの提供と、を含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、
前記動的液体メニスカスエッチング処理の監視は、前記基板の表面を計測センサで走査することを含み、前記計測センサは、前記動的液体メニスカス内に含まれる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、デュアルダマシン半導体製造処理に関するものである。本発明は、より具体的には、半導体製造処理において、特徴および層の平坦化と均一性の制御とを行うための方法、ならびにそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デュアルダマシン製造処理は、半導体製造の分野でますます一般化しつつある。通常のデュアルダマシン製造処理では、所望の電気回路配線を形成するために、トレンチ内およびビア内に一種またはそれ以上の導電材料が成膜される。トレンチおよびビアは、半導体基板内に、または半導体基板上に形成された膜内に、予めパターン形成してある。導電材料には、超過する部分、すなわち過剰な部分が形成されることが多い。導電材料の過剰部分は、不必要で且つ望ましくないので、ダマシン特徴を作成するためにも、後続処理に備えて均一で且つ平坦な表面を提供するためにも除去する必要がある。
【０００３】
導電材料の過剰部分は、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理、電解研磨（ＥＣＰ）（例えばエッチング等）処理、およびＣＭＰ処理とＥＣＰ処理とを組み合わせた処理を通じて半導体基板から除去される。しかしながら、これらの各処理は、深刻な不備を伴う。例えばＥＣＰは、スリープットが低く、均一性に乏しく、且つ非導電材料を効果的に除去不能であるのが通常である。
【０００４】
ＣＭＰは、物理的接触を伴う処理を必要とする。これは、一般に、導電性の残留物を残留させ、各種材料を腐食させ、不均一な除去結果をもたらし、且つ配線および層間絶縁膜（ＩＬＤ）上面の適切な平坦化を不能にする。ＣＭＰは、また、残存する配線構造およびＩＬＤ構造に、ストレス性の損傷（例えば層間剥離や剥がれ等）を及ぼす。ＣＭＰによって及ぼされるストレス性の損傷は、層間付着特性が極端に乏しい最近の材料の場合に更に増幅される。したがって、ＣＭＰ処理の物理的力を低減させることによって物理的応力の低減を図る試みは、しばしば、スループットを許容不能なレベルまで低下させたりその他の処理性能パラメータを悪化させたりする。
【０００５】
以上からわかるように、残される特徴に伝わる物理的応力を最小限に抑えつつ、過剰な材料を均一に且つほぼ完全に除去するための、改良された平坦化のシステムおよび方法が必要とされている。改良された平坦化のシステムおよび方法は、半導体製造に適していること、そしてデュアルダマシン処理またはその他の半導体製造処理等の処理に適用可能であることが望まれる。
【発明の開示】
【０００６】
概して、本発明は、半導体基板を平坦化およびエッチングするためのシステム、ならびにその方法を提供することによって、これらのニーズを満たすものである。なお、本発明は、処理、装置、システム、コンピュータ可読媒体、またはデバイスを含む多数の形態で実現可能である。以下では、本発明のいくつかの実施形態が説明される。
【０００７】
一実施形態は、パターン形成された半導体基板を平坦化するための方法を提供する。この方法は、パターン形成された半導体基板の受け取りを含む。パターン形成された半導体基板は、そのパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、過剰部分を有する。過剰部分のバルクは除去され、過剰部分の残りの部分は不均一性を有する。不均一性はマッピングされ、この不均一性を補正するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピが作成される。そして、不均一性を補正して、過剰部分の残りの部分をほぼ平坦化するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用した動的液体メニスカスエッチング処理が実施される。導電性配線材料は、銅および成分銅の一方または両方を含むことができる。パターンは、デュアルダマシン処理において、パターン形成された半導体基板上に形成可能である。不均一性のマッピングは、基板に関する不均一性プロファイルを決定することを含むことができる。基板に関する不均一性プロファイルは、先行処理（例えばバルクの除去処理）の不均一性プロファイルモデルを決定することを含むことができる。不均一性を補正するための、動的液体メニスカスエッチング処理レシピの作成は、後続処理に関する除去速度プロファイルモデルを決定すること、基板に関する不均一性プロファイルを後続処理に関する除去速度プロファイルモデルと比較すること、および後続処理について、一種またはそれ以上のパラメータを最適化することを含むことができる。後続処理は、動的液体メニスカスエッチング処理、ドライエッチング処理、およびウェットエッチング処理からなる群より選択される少なくとも一種のプロセスを含むことができる。また、過剰部分のバルクを除去するために使用されるバルクの除去処理を最適化することによって、続いて受け取られるパターン形成された半導体基板に対して実施されるバルクの除去処理において、不均一性プロファイルモデルによって記述される不均一性が継続的に形成される事態をほぼ排除することも可能である。このように、本実施形態は、先行処理にデータ・フィードバックを提供することによって、先行処理の各工程を動的に調整し且つ最適化することができる。本実施形態は、また、データ・フィードフォワードを提供することによって、後続処理の後続工程を動的に調整し且つ最適化することもできる。
【０００８】
過剰部分のバルクを除去する工程は、ＣＭＰ処理において過剰部分のバルクを除去することを含むことができる。ＣＭＰ処理は、下向き力の小さいＣＭＰ処理であることが可能である。過剰部分のバルクの除去は、また、基板に伝わる横応力を最小にするための各種の方法を含むこともできる。
【０００９】
過剰部分の上には、追加層を形成することができる。追加層は、ほぼ平坦であることが可能である。過剰部分のバルクの除去は、また、追加層をほぼ完全に除去することを含むこともできる。追加層および過剰部分は、ほぼ１：１のエッチング選択性を有することができる。
【００１０】
動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用する動的液体メニスカスエッチングの実施は、動的液体メニスカスエッチング処理を監視すること、および動的液体メニスカスエッチング処理コントローラにフィードバックを提供することを含むことができる。動的液体メニスカスエッチング処理コントローラは、フィードバックにしたがって、動的液体メニスカスエッチング処理レシピの少なくとも一つの特性を自動的に変更することができる。動的液体メニスカスエッチング処理コントローラは、基板の表面に対して動的液体メニスカスを相対移動させることができる。
【００１１】
動的液体メニスカスエッチング処理の監視は、また、計測センサによって基板の表面を走査することを含むこともできる。計測センサは、動的液体メニスカス内に含ませることができる。計測センサは、また、不均一性をマッピングすることもできる。
【００１２】
別の一実施形態は、半導体素子を作成するための方法を提供する。方法は、パターン形成された半導体基板の受け取りを含む。半導体基板は、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、過剰部分を有する。過剰部分のバルクは除去され、不均一性を有する残りの部分を残留させる。不均一性は、マッピングされる。この不均一性を補正するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピが作成される。そして、不均一性を補正して、過剰部分の残りの部分をほぼ平坦化するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用する動的液体メニスカスエッチング処理が実施される。
【００１３】
更に別の一実施形態は、デュアルダマシン配線構造を形成する方法を提供する。方法は、デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板の受け取りを含む。半導体基板は、デュアルダマシンパターン内の一つまたはそれ以上の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、不均一性を有する過剰部分を有する。過剰部分の上には、追加層が形成される。追加層は、ほぼ平坦に形成される。追加層と、過剰部分の少なくとも一部とは、過剰部分のバルクを除去するためにエッチングされ、追加層は、ほぼ完全に除去される。過剰部分の残りの部分は、不均一性を有する。不均一性は、マッピングされる。不均一性を補正するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピが作成される。そして、不均一性を補正して、過剰部分の残りの部分をほぼ平坦化するために、動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用する動的液体メニスカスエッチング処理が実施される。
【００１４】
動的液体メニスカスエッチング処理レシピを使用する動的液体メニスカスエッチング処理の実施は、動的液体メニスカスエッチング処理を監視すること、および動的液体メニスカスエッチング処理コントローラにフィードバックを提供することを含むことができる。動的液体メニスカスエッチング処理の監視は、計測センサによって基板の表面を走査することを含むことができる。計測センサは、動的液体メニスカス内に含ませることができる。
【００１５】
本発明は、局所的不均一性をほぼ排除しつつ機械的応力を最小限に抑えることができるという利点を有する。また、ＣＭＰのあらゆる非平坦性（例えばエッジ効果、局所的または広域的な非平坦性等）は、以下の近接性のエッチング処理によって正確に打ち消され、これは、ＣＭＰに対する平坦性の要件を大幅に緩和させるので、したがって、本発明は、より広範囲のＣＭＰを許容することも可能にする。
【００１６】
本発明の原理を例示した添付の図面に併せて行われる以下の詳細な説明から、本発明のその他の特性および利点が明らかになる。
【００１７】
本発明は、添付の図面に併せて行われる以下の詳細な説明によって、容易に理解される。図中において、類似の参照符号は、類似の構成要素を指すものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、均一性制御および平坦化のための改良されたシステム、ならびにその方法について、いくつかの代表的な実施形態が説明される。なお、当業者ならば明らかなように、本発明は、本明細書で設定された詳細の一部または全部を特定せずとも実施可能である。
【００１９】
均一性制御および平坦化のための改良されたシステム、ならびにその方法の一実施形態は、半導体基板の局部における局所的な平坦性および均一性を向上させる。局所的な平坦性および均一性の向上は、下層にある特徴の存在や成膜処理およびエッチング処理のばらつき等に起因する局所的不均一性をほぼ排除する。別の一実施形態は、基板全域における広域的な平坦性および均一性（例えば中央の平坦性と比べたエッジの平坦性等）を向上させる。
【００２０】
一実施形態は、パターン形成された半導体基板を平坦化するための方法を含む。この方法は、パターン形成された半導体基板の受け取りを含む。パターン形成された半導体基板は、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、過剰部分を有する。過剰部分は、局所的不均一性を含む。過剰部分の上には、追加層が形成される。追加層および過剰部分は、平坦化される。平坦化処理は、追加層をほぼ完全に除去する。導電性配線材料は、銅、銅を含む導電材料、成分銅、およびその他の導電材料を含むことができる。パターンは、デュアルダマシン処理において、パターン形成された半導体基板上に形成することができる。
【００２１】
追加層および過剰部分の平坦化は、パターン依存性の局所的不均一性をほぼ排除することを含むことができる。追加層および過剰部分の平坦化は、また、複数の特徴に機械的応力を伝えることなくパターン依存性の局所的不均一性をほぼ排除することを含むことができる。
【００２２】
追加層および過剰部分は、ほぼ１：１のエッチング選択性を有することができる。追加層は、ほぼ平坦に且つ均一に形成される。追加層は、ほぼ平坦な充填材料である。追加層および過剰部分の平坦化は、また、追加層と、過剰部分の少なくとも一部とをエッチングすることを含むこともできる。また、パターン形成された特徴上に形成された障壁層を露出させる第２のエッチング処理を含ませることも可能である。
【００２３】
過剰部分の上へ追加層の形成は、過剰部分の上面および上部を化学変換することを含むことができる。過剰部分の上面および上部の化学変換は、過剰部分の上面をハロゲン等の反応ガスに晒すことを含むことができる。追加層は、過剰部分のハロゲン反応生成物である。
【００２４】
追加層および過剰部分の平坦化は、追加層と、過剰部分の少なくとも一部とをエッチングすることを含むことができる。追加層および過剰部分の平坦化は、また、追加層をエッチングすること、第２の追加層を形成すること、および第２の追加層をエッチングすることを含む反復処理を含むこともできる。反復処理は、イン・サイチュ（In-Situ）の反復処理であることが可能である。
【００２５】
別の一実施形態では、パターン形成された半導体基板の受け取りを含む方法によって半導体素子が形成される。パターン形成された半導体基板は、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、局所的不均一性を含む過剰部分を有する。過剰部分の上には追加層が形成され、追加層および過剰部分は平坦化される。追加層は、平坦化処理においてほぼ完全に除去される。
【００２６】
更に別の一実施形態は、デュアルダマシン配線構造を形成する方法を含む。方法は、デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板の受け取りを含む。デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板は、デュアルダマシンパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、局所的不均一性を含む過剰部分を有する。過剰部分の上には、追加層が形成される。追加層は、ほぼ平坦に形成される。追加層と過剰部分の少なくとも一部とは、過剰部分をほぼ平坦化するためにエッチングされる。このとき、追加層は、ほぼ完全に除去される。
【００２７】
更に別の一実施形態は、デュアルダマシン配線構造を形成する方法を含む。方法は、デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板の受け取りを含む。デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板は、デュアルダマシンパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、局所的不均一性を含む過剰部分を有する。過剰部分の上に追加層を形成するため、過剰部分の上面および上部は化学変換される。追加層および過剰部分は平坦化され、追加層は、平坦化処理においてほぼ完全に除去される。平坦化処理は、追加層をエッチングすること、第２の追加層を形成すること、および第２の追加層をエッチングすることを含む反復処理を含むこともできる。反復処理は、残りの過剰部分がほぼ平坦化されるまで継続することが可能である。
【００２８】
一実施形態は、パターン形成された半導体基板の平坦化および均一性制御のための方法を提供する。方法は、パターン形成された半導体基板の受け取りを含む。パターン形成された半導体基板は、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、過剰部分を有する。過剰部分は、局所的不均一性を有する。過剰部分を平坦化するため、加除部分のバルクは除去される。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性を決定するためにマッピングされる。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的な不均一性をほぼ排除するためにエッチングされる。パターンは、デュアルダマシン処理において、パターン形成された半導体基板上に形成することができる。
【００２９】
過剰部分のバルクの除去は、過剰部分の上に追加層を形成すること、および追加層および過剰部分を平坦化することを含むことができる。追加層は、平坦化処理においてほぼ完全に除去される。
【００３０】
あるいは、過剰部分のバルクの除去は、過剰部分の上面および上部を化学変換することによって、過剰部分の上に追加層を形成すること、および過剰部分をほぼ平坦化するために、追加層と、過剰部分の少なくとも一部とをエッチングすることを含む。追加層は、ほぼ完全に除去される。追加層および過剰部分の平坦化は、追加層をエッチングすること、第２の追加層を形成すること、および第２の追加層をエッチングすることを含む反復処理を含むことができる。
【００３１】
広域的不均一性を決定するための、局所的にほぼ平坦化された過剰部分のマッピングは、局所的にほぼ平坦化された過剰部分を渦電流センサでマッピングすることを含むことができる。広域的不均一性を決定するための、局所的にほぼ平坦化された過剰部分のマッピングは、局所的にほぼ平坦化された過剰部分をイン・サイチュ（In-Situ）でマッピングすることを含むことができる。
【００３２】
広域的不均一性をほぼ排除するための、局所的にほぼ平坦化された過剰部分のエッチングは、広域的不均一性を打ち消すために、エッチングレシピを調整することを含むことができる。広域的不均一性をほぼ排除するための、局所的にほぼ平坦化された過剰部分のエッチングは、あるいは、複数の特徴に機械的応力を伝えることなく広域的不均一性をほぼ排除することを含むことができる。
【００３３】
別の一代替案において、広域的不均一性をほぼ排除するための、局所的にほぼ平坦化された過剰部分のエッチングは、パターン形成された特徴上に形成された障壁層を露出させるエッチングを含むこともできる。エッチングは、障壁に対して選択性であることが可能である。広域的不均一性をほぼ排除するための、局所的にほぼ平坦化された過剰部分のエッチングは、複数の特徴内に満たされた導電性配線材料のあらゆる窪みをほぼ最小にすることを含むことができる。
【００３４】
また、仕上げエッチング処理を含ませることも可能である。仕上げエッチング処理は、パターン形成された特徴上に形成された障壁層をほぼ除去することができる。仕上げエッチング処理は、また、マスク材料の除去を含むこともできる。導電性配線材料は、銅および成分銅の一方または両方を含むことができる。
【００３５】
別の一実施形態は、パターン形成された半導体基板の受け取りを含む方法によって形成された半導体素子を含む。パターン形成された半導体基板は、パターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、局所的不均一性を含む過剰部分を有する。過剰部分を平坦化するため、過剰部分のバルクは除去される。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性を決定するためにマッピングされる。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性をほぼ排除するためにエッチングされる。
【００３６】
別の一実施形態は、デュアルダマシン配線構造を形成する方法を含む。方法は、デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板の受け取りを含む。デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板は、デュアルダマシンパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、局所的不均一性を含む過剰部分を有する。過剰部分を平坦化するため、過剰部分のバルクは除去される。過剰部分のバルクの除去は、過剰部分の上に追加層を形成すること、および追加層および過剰部分を平坦化することを含むことができる。追加層は、平坦化処理においてほぼ完全に除去される。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性を決定するためにマッピングされる。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性をほぼ排除するためにエッチングされる。
【００３７】
別の一実施形態は、デュアルダマシン配線構造を形成する方法を含む。方法は、デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板の受け取りを含む。デュアルダマシンパターンを形成された半導体基板は、デュアルダマシンパターン内の複数の特徴を導電性配線材料で満たされている。導電性配線材料は、局所的な不均一性を含む過剰部分を有する。過剰部分を平坦化するため、過剰部分のバルクは除去される。過剰部分のバルクの除去は、過剰部分の上面および上部を化学変換することによって過剰部分の上に追加層を形成することを含む。追加層と、過剰部分の少なくとも一部とは、過剰部分をほぼ平坦化するためにエッチングされる。追加層は、ほぼ完全に除去される。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性を決定するためにマッピングされる。局所的にほぼ平坦化された過剰部分は、広域的不均一性をほぼ排除するためにエッチングされる。
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態にしたがった、デュアルダマシン処理におけるパターン形成された半導体基板１００を示している。基板１００は、デュアルダマシン製造処理等の半導体製造処理の一環としてパターン形成されたものである。基板１００のパターン形成には、マスクを使用することができる。基板１００は、やや隔絶された大きめの特徴１０２（例えばトレンチ、ビア等）と、やや隔絶された小さめの特徴１０４と、密集したいくつかの特徴１０６とを含む。また、障壁層１１０も含まれる。障壁層１１０は、一般に、基板１００または導電性配線材料１２０と異なる材料である。導電性配線材料１２０は、銅、銅合金、またはその他の導電材料であることが可能である。
【００３９】
導電性配線材料１２０の過剰部分１１２は、特徴１０２，１０４，１０６の上方に展開し、対応する局所的な厚さのばらつき１１４，１１６，１１８を含む。図に示されるように、小さめの特徴１０４に対応する過剰部分１１２の厚さのばらつきが、僅かに少なめであるのに対して、大きめの特徴１０２に対応する過剰部分１１２は、厚さの減少が大きい。また、密集した特徴１０６に対応する過剰部分１１２は、厚さがやや増している。
【００４０】
代表的なエッチング処理は、ウエハの全域にわたってかなり均一な速度で導電性配線材料１２０の過剰部分１１２をエッチングする。したがって、代表的なエッチング処理は、大きめの特徴１０２付近に位置する障壁層１１０の第１の部分を、密集した特徴１０６付近に位置する障壁層１１０の第２の部分よりも先に露出させる。要するに、代表的なエッチング処理は、導電性配線材料の過剰部分１１２を平坦化して、その不均一性を打ち消すことができない。
【００４１】
図２は、本発明の一実施形態にしたがった、追加される追加層２０２を示している。追加層２０２は、過剰部分１１２の上に形成される。追加層２０２は、ほぼ平坦な充填材料（例えば、ＳＯＧ（spin on glass）、ポリシリコン、ポリマレジスト、バイレイヤ、紫外線硬化材料もしくは熱硬化材料、または平坦な表面を形成するために流し込むことができ且つ適切なエッチング特性を有するその他の材料）であることが可能である。追加層２０２と過剰部分１１２との間には、比較的薄めの（例えば厚さ約２５〜１００ｎｍの）コンフォーマル（共形）層２０４を任意で含ませることも可能である。コンフォーマル層２０４は、障壁層または接着層であることが可能である。コンフォーマル層２０４は、追加層２０２として使用できる材料の選択の幅を広げることができる。
【００４２】
追加層２０２および過剰部分１１２は、ほぼ１：１のエッチング選択性を有するので、後続のエッチング処理（例えばプラズマエッチング処理またはガスエッチング処理等）は、追加層２０２および過剰部分１１２の両方をほぼ同じ速度でエッチングすることができる。
【００４３】
図３は、本発明の一実施形態にしたがった、ほぼ平坦な過剰部分１１２’を示している。追加層２０２は、積み重なる層１００，１１０，１１２，２０２の上にほぼ平坦な表面を形成するので、第１のエッチング処理は、局所的なばらつき１１４，１１６，１１８をほぼ排除されたという意味で、残りの過剰部分１１２’が局所的にほぼ平坦になるまで、追加層２０２および過剰部分１１２の全域を均一にエッチングすることができる。
【００４４】
代表的なレシピは、追加層２０２と過剰部分１１２との間のエッチング選択性を１：１にする条件を伴う。例えば、もし追加層２０２がＳＯＧで且つ過剰部分１１２が銅である場合は、ハロゲン（例えばＣｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ等）をベースにした化学剤を使用すれば、ＳＯＧおよび銅の両方にエッチング速度制御を実施して、所望の１：１の選択性を得るための調整を行うことが可能になる。反応性ハロゲンラジカルの生成源としては、あらゆるプラズマフィードガスを使用可能であるが、代表例として、ＣＦ4、Ｃｌ2、ＨＣｌ、およびＨＢｒが挙げられる。エッチングの速度、選択性、および均一性の制御、ならびに腐食の低減のために、各種の処理パラメータを調整することができる。各種の処理パラメータは、基板温度等の処理変数を変動させること、および一種またはそれ以上の添加物（例えばＡｒ、Ｈ2、Ｃｌ、Ｏ2、ＣＨ3Ｘ（Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、ＣＨ2Ｆ2、およびＣＨ4等）を含ませること等を含む。
【００４５】
別の一アプローチは、銅の過剰部分１１２の主要エッチャントとしてのＡｒ、またはＨｅ、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｋｒ等のその他の不活性ガス、および追加層２０２のエッチング速度制御と残留する銅１１２上面の不動態化とを可能にするその他の添加物を用いて、スパッタリングを主体としたエッチングを実施することを含む。その他の添加物は、例えば、Ｈ2およびＣＦ4の一方または両方を含むことが可能である。これらの処理は、いずれも、摂氏約７５〜４００度の広い温度範囲で作用することができる。
【００４６】
第１のエッチング処理は、局所的なばらつき１１４，１１６，１１８をほぼ排除されたという意味で残りの過剰部分１１２’を局所的にほぼ平坦にするように設計されたエッチング処理である。過剰部分１１２’の大部分すなわち大半は、一種またはそれ以上の後続のエッチング処理によってバルクが除去される。過剰部分１１２’が障壁１１０から除去される終点までエッチング処理を継続させるためには、仕上げエッチング処理を適用することが可能である。仕上げエッチング処理は、バルクエッチング処理に含ませることもできる。仕上げエッチング後の後続処理は、障壁の選択的除去と、腐食の阻止および更なる処理の安定化を目的とした残留導電材料１２０の不動態化とを含むことが可能である。仕上げエッチング後の追加処理は、いかなる材料の大幅除去も伴うことなく、腐食の阻止および更なる処理の安定化を目的とした残留導電材料１２０の不動態化のみを行うように設計することが可能である。
【００４７】
図４Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、第２のエッチング処理を経た後の基板１００を示している。第２のエッチング処理は、全ての場所でほぼ同時に障壁層１１０が露出され、且つ特徴１０２，１０４，１０６に満たされた部分の導電材料１２０（例えば銅、銅を含有する合金、およびそれらの組み合わせ、ならびにその他の導電材料）のみが残留される終点まで継続される。
【００４８】
第１のエッチング処理および第２のエッチング処理は、ほぼ同じ処理であっても良いし、あるいは大幅に異なる処理であっても良い。例えば、第１のエッチング処理は、（例えば下層内の特徴１０２，１０４，１０６の位置、大きさ、および集中度に起因する等の）局所的不均一性１１４，１１６，１１８を原因とする過剰部分１１２の局所的な平坦性を向上させるエッチング処理であることが可能である。第１のエッチング処理は、追加層２０２の全体と、過剰部分１１２の一部とを除去することができる。比べると、第２のエッチング処理は、残りの平坦な過剰部分１１２’の大部分を終点まで（すなわち障壁層１１０が露出されるまで）バルクを除去する選択性の高いエッチング処理であることが可能である。
【００４９】
図４Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、障壁除去処理を経た後の基板を示している。下層のマスク層４０２を露出させるため、障壁層１１０の一部が除去される。その結果、特徴１０２，１０４，１０６内に形成された部分の障壁層１１０が残される。代表的な第２のエッチング処理は、高速で、且つ好ましくは障壁層１１０に対して高い選択性で、過剰部分１１２のバルクを除去する。例えば、もし過剰部分１１２が銅である場合は、ハロゲンをベースにした化学剤（例えばＣｌ2、ＣＦ4、ＨＣｌ、ＨＢｒ、およびＢＣｌ3）を第２のエッチング処理に効果的に用いることができる。別の一アプローチでは、例えばＡｒ（またはその他の希ガスもしくは不活性ガス）をベースにしたスパッタリング処理等の、物理エッチングを主体としたエッチング処理を使用することができる。エッチング速度およびエッチング選択性を制御するために、各種の処理パラメータを調整することができる。各種の処理パラメータは、基板温度や反応種バランス等の処理変数を調整すること、および一種またはそれ以上の添加物（例えばＨ2、Ｏ2、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｋｒ等）を含ませること等を含むことができる。
【００５０】
図５は、本発明の一実施形態にしたがった、局所的な平坦化を実施する方法の工程を示したフローチャート５００である。工程５０５では、導電性の過剰部分１１２の上に、追加層２０２が追加される。工程５１０では、追加層２０２の大半と、導電性の過剰部分１１２とを除去するために、第１のエッチング処理が実施される。工程５１５では、残りの過剰部分１１２’を終点まで除去するために、第２のエッチング処理が実施される。
【００５１】
代替の別の一実施形態では、工程５１５は、上述されたような仕上げエッチング処理を含むこともできる。仕上げエッチング後の後続処理は、障壁の選択的除去と、腐食の阻止および更なる処理の安定化を目的とした残留導電材料１２０の不動態化とを含むことが可能である。仕上げエッチング後の追加処理は、いかなる材料の大幅除去も伴うことなく、腐食の阻止および更なる処理の安定化を目的とした残留導電材料１２０の不動態化のみを行うように設計することが可能である。
【００５２】
図６Ａ〜６Ｄは、局所的均一性を高めるために基板６００に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの一連の処理を示している。図７は、局所的均一性を高めるために基板６００に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの処理の方法の工程を示したフローチャート７００である。図６Ａに示されるように、基板６００は、図１で説明された基板１００と同様に、非平坦な表面プロファイル６０６を有するかなり非平坦な過剰部分６０２を有する。
【００５３】
図６Ｂおよび図７に示されるように、工程７０５では、過剰部分６０２の上に追加層６０４が形成される。追加層６０４は、過剰部分６０２の上に成膜する、または形成することが可能である。例えば、追加層６０４は、過剰部分６０２の最上部の化学変換を通じて形成することができる。もし過剰部分６０２が銅または銅合金である場合は、制御下でガスに晒すことによって、銅反応生成物の層６０４を形成することができる。一例として、ハロゲン化銅の層６０４を形成可能であるハロゲンが挙げられる。銅反応体の層６０４は、銅過剰部６０２の表面内を拡散して銅過剰部６０２の上部を変換する。銅の化学変換の処理は、例えば２００２年度の電気化学会誌１４９（１１）Ｇ６２０−Ｇ６３２に掲載のNagraj S. KulkarniおよびRobert T. DeHoffによる「低温のドライエッチングおよび銅の平坦化における揮発図の適用」にあるように、当該分野で知られている。
【００５４】
別の一例では、追加層６０４を過剰部分６０２の上に成膜することができる。成膜された層６０４は、過剰部分６０２の上に成膜された高分子層または酸化皮膜を含むことができる。
【００５５】
図６Ｃと工程７１０に示されるように、追加層６０４を除去するために、エッチバック処理が実施される。また、過剰部分６０２の一部も除去可能である。追加層６０４の除去は、結果として、過剰部分６０２のプロファイルを更に緩和させ（すなわち平坦化し）、プロファイル６０６’を提供する。ハロゲン化銅は、過剰部分６０２の輪郭を大幅に緩和させる。ハロゲン化銅は、また、銅の過剰部分６０２に対してほぼ１：１のエッチバック選択性を維持することもできる。工程７０５，７１０は、過剰部分６０２を平坦化して後続プロファイル６０６’，６０６”を得られるように、複数回にわたって繰り返され、図６Ｄに示されるほぼ平坦なプロファイルを得られるまで継続される。
【００５６】
化合物組成の形状依存性を利用した、銅過剰部分６０２の化学変換は、一般に、銅反応種の境界面において銅を酸化させることによって実現することができる。この場合の銅の酸化は、成分銅を化学変換して、銅が正の酸化状態にある銅化合物を得ることを含むことができる。例えば、表面において銅を酸化させ、塩化第一銅または塩化第二銅（ＣｕＣｌまたはＣｕＣｌ2）を得る処理は、低温（例えば＜摂氏２００度）の塩素プラズマ内で生じることができる。
【００５７】
エッチバック処理は、この銅化合物を揮発性の他の化合物に還元することを伴うので、残される過剰部分６０２’の表面は、一定の基板温度で維持される。例えば、反応性水素種（例えばＨ2プラズマ等）の存在下でＣｕＣｌ2を揮発性のＣｕ3Ｃｌ2に還元することができる。形状依存性の変換と、それに続く変換部分のエッチバックとを繰り返せば、銅の過剰部分６０２の表面形状（例えばプロファイル）を平坦化しつつ、同時に銅の過剰部分６０２のバルクを除去することができる。
【００５８】
工程７１５において、もし過剰部分６０２がほぼ平坦化されている場合は、方法は終了する。あるいは、工程７１５において、もし過剰部分６０２がほぼ平坦化されていない場合は、方法は上記の工程７０５に続く。一実施形態では、工程７０５〜７１５は、単一のエッチングチャンバ内でイン・サイチュ（In-Situ）で生じることができる。代替の一実施形態では、工程７１０は、エクス・サイチュ（Ex-Situ）で生じることができ、図６Ｄに示されるようなほぼ平坦な過剰部分６０２’を実現するために、ＥＣＤ処理または下向き力の小さいＣＭＰ処理を含むことができる。
【００５９】
図６Ａ〜図７で説明された方法の各工程は、非平坦な過剰部分６０２の平坦化および過剰部分６０２の大部分のバルクの除去の両方を実施する平坦化とバルクの除去の処理として使用することができる。
【００６０】
基板１００，６００の局所的な厚さは、当該分野で知られているいくつかの既知の層厚さマッピング技術のうちの一つまたはそれ以上を通じて決定することができる。例えば、同一所有権者に属する、２００２年１２月２３日に出願されたGotkisらによる米国特許出願１０／３２８，９１２「渦電流を用いた薄膜基板信号分離のための方法および装置」、および２００２年９月１９日に出願されたGotkisらによる米国特許出願１０／２５１，０３３「多段階シーケンス内における金属残渣の検出およびマッピングのためのシステム、ならびに方法」に記載されるように、渦電流センサを用いて過剰部分１１２，１１２’の厚さをマッピングすることができる。
【００６１】
上記の図１〜７で説明された方法およびシステムは、過剰部分の有するパターン依存性の局所的不均一性をほぼ排除するための各種のアプローチを説明したものである。しかしながら、上記の図１〜７で説明された方法およびシステムは、広域的不均一性の補正を直接に扱うものではない。広域的不均一性は、基板のエッジと基板の中心との間における材料除去速度のばらつき、および局所的な現象にとどまらないその他の不均一性を含むことができる。
【００６２】
図８は、本発明の一実施形態にしたがった、広域的不均一性を補正する方法の工程を示したフローチャート８００である。工程８０５では、例えば特徴パターンに依存する不均一性等の局所的不均一性を過剰部分内に有する基板が受け取られる。工程８１０では、ＣＭＰ、ＥＣＰ、上記の図１〜７で説明された方法およびシステム、または当該分野で知られるその他の任意の方法等を通じて、局所的不均一性がほぼ排除される。局所的な不均一性をほぼ除去する工程は、例えば上記の図３に示された平坦化された過剰部分１１２’等の、局所的にほぼ平坦化された過剰部分を形成する。
【００６３】
図９は、本発明の一実施形態にしたがった、ほぼ除去された平坦化された過剰部分９０２を示している。ほぼ除去された平坦化された過剰部分９０２は、例えば厚さ数百オングストローム等の薄めの過剰部分であることが可能である。
【００６４】
工程８１５では、平坦化された過剰部分の広域的不均一性の特定および定量化のために、平坦化された過剰部分がマッピングされる。平坦化された過剰部分は、上述された当該分野で知られているいくつかの既知の層厚さマッピング技術の一種またはそれ以上を用いてマッピングすることができる。マッピングは、イン・サイチュ（In-Situ）で（現行の処理チャンバの中で）またはエクス・サイチュ（Ex-Situ）で（現行の処理チャンバの外で）行うことが可能である。In-situマッピング処理は、後続処理をその進行とともに動的に調整可能である動的処理であることも可能である。
【００６５】
工程８２０において、工程８１５で決定された位置および量を伴う広域的不均一性は、機械的応力をほぼ排除されたストレスフリーの処理によって除去される。これは、検出される広域的不均一性の特定の要件に仕上げエッチング処理で対処できるように、エッチング処理を調整および制御することによって実施される。例えば、もし残留する過剰部分９０２の中央の厚さが５００オングストロームで、且つエッジの厚さが３００オングストロームである場合は、中央−エッジ間の不均一性を打ち消して障壁層１１０全域を同時に露出させられるように、レシピを調整することができる。基板は、エッチバック処理中に機械的応力を受けないので、応力を排除されたストレスフリーの処理は、上述されたＣＭＰの問題を回避することができる。
【００６６】
選択されるレシピ（例えば処理変数の選択値）は、障壁層１１０に対して選択性である（すなわち、障壁層に対するエッチング速度は、銅に対するエッチング速度を下回る。例えば、これらの処理において、障壁層エッチングに対する銅エッチングの選択性は、約１を超え約３を下回る範囲にある）とともに、あらゆる窪み（例えば、特徴１０２，１０４，１０６内にある導電材料１２０の過剰除去）を最小に抑えるレシピである。
【００６７】
仕上げエッチングは、残された障壁層１１０の障壁の高さと比して見られる特徴１０２，１０４，１０６の窪みを最小に抑えるために、残りの過剰部分９０２の銅と、障壁層１１０との両方を、低めのエッチング速度でエッチングすることができる。したがって、仕上げエッチングは、銅を極めて高い選択性でエッチングすることができない。
【００６８】
また、仕上げのエッチバック処理を含ませることも可能である。仕上げのエッチバック処理は、銅およびＩＬＤの損失を最小限に抑えつつ、広域的にほぼ均一で且つほぼ平坦な特徴を最終的に得られる（例えば仕上げエッチング処理および障壁除去処理の終了時において、銅内のあらゆる窪みが基板１００全面にわたって広域的に均一である）ように、マスク材料および／またはＩＬＤ材料を適切な選択性と均一性制御とでエッチバックすることを含む。この場合の仕上げエッチングは、銅の損失および銅の窪みを最小に抑えるためにマスク材料を高選択性でエッチバックする均一な処理を含むことができる。例えば、ハロゲンが低濃度で且つ基板が低温度（例えば摂氏約２００度未満）であるハロゲン主体の処理は、マスク材料を十分に化学エッチングしつつ銅エッチング速度を低く維持することができると考えられる。プラズマ供給ガスとして、任意のハロゲン反応種（例えばＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ6）を使用することが可能である。また、エッチング速度を制御する添加物として、Ａｒ、Ｏ2、ＣＨ2Ｆ2、およびその他を含ませることも可能である。
【００６９】
もし、仕上げエッチング処理および仕上げエッチバック処理の終了時において、広域的に見た銅の窪みおよび／またはマスク材料／ＩＬＤの損失が、基板全域から見て不均一である場合は、その広域的不均一性を補正するために、更なる変更形態のレシピが必要となる。例えば、中央高速エッチングまたはエッジ高速エッチングとして知られるエッチングの不均一性に起因するケースを挙げられる。いずれのケースも、基板全域から見て、銅の窪みおよび／またはマスク材料／ＩＬＤの損失がばらつく結果になる。このばらつきを打ち消す補償は、マスク／ＩＬＤ材料の仕上げエッチバック中に、適切な均一性制御および選択性制御を実施して、銅およびマスク材料の損失を最小限に抑えつつ広域的に平坦な特徴を得ることによって実現される。中央高速の仕上げエッチング処理が実施され、その結果として基板中央における銅の窪みが大きくなった場合は、エッジ高速の仕上げエッチバック処理が実施される。これは、マスク材料を選択的にエッチングして、その高さを特徴１０２，１０４，１０６内の銅の高さと同じにする。この処理で得られる代表的な選択性は、約２を上回る。均一性制御を可能にするためのレシピの変更形態は、基板全域から見た圧力差および温度差、イオン流出の均一性制御、ガスの濃度、ならびにチャンバ壁の温度を含む。選択性制御のための変更形態は、反応性のハロゲン種の濃度、基板の温度、およびバイアスパワーを含む。
【００７０】
あるいは、選択性のウェットエッチング処理によって、残りの過剰部分に見られる不均一性の補正および制御を行うことも可能である。
【００７１】
動的液体メニスカスは、プロキシミティヘッドによって支え、且つ移動させる（例えばウエハに載せる、ウエハから降ろす、ウエハ上を通過させる）ことができる。各種のプロキシミティヘッド、およびこれらのプロキシミティヘッドの使用方法が、同一所有権者に属する同時係属出願である、２００２年１２月２４日に出願された米国特許出願１０／３３０，８４３「メニスカス、真空、ＩＰＡ蒸気、乾燥用マニホルド」に記載されている。該出願は、同時係属出願である、２００２年９月３０日に出願された米国特許出願１０／２６１，８３９「ウエハ表面にごく近接して保持される複数の供給口および排出口を用いて半導体ウエハの表面を乾燥させるための方法ならびに装置」の一部継続出願である。また、プロキシミティヘッドの更なる実施形態および用途も、２００２年１２月２４日に出願された米国特許出願１０／３３０，８９７「メニスカス、真空、ＩＰＡ蒸気、乾燥用マニホルを用いた基板処理のためのシステム」および２００３年３月３１日に出願された米国特許出願１０／４０４，６９２「動的液体メニスカスを用いて基板を処理するための方法およびシステム」に記載されている。更に、プロキシミティヘッドの更なる実施形態も、２００３年３月３１日に出願された米国特許出願１０／４０４，６９２「動的液体メニスカスを用いて基板を処理するための方法およびシステム」、２００３年６月２４日に出願された米国特許出願１０／６０３，４２７「動的液体メニスカスを用いて基板のベベルエッジを処理するための方法およびシステム」、および２００３年６月２４日に出願された米国特許出願１０／６０６，０２２「ウエハプ処理にイン・サイチュ（In-Situ）測定法を組み入れるためのシステムおよび方法」に記載されている。
【００７２】
図１０Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、代表的なウエハ処理作業を実施するためのプロキシミティヘッド１０２０を示している。一実施形態において、プロキシミティヘッド１０２０は、洗浄、乾燥、エッチング、またはその他の処理作業を行うために、ウエハ１０３０の上面１０３０ａにごく近接しつつ移動する。なお、プロキシミティヘッド１０３０は、ウエハ１０３０の底面１０３０ｂを処理する（例えば洗浄する、乾燥させる、エッチングする等）ために用いることも可能である。一実施形態において、ウエハ１０３０は回転しているので、プロキシミティヘッド１０２０は、上面１０３０ａから流体が除去されるあいだ、ヘッドの動きに沿って直線的に移動する。注入口１００２を通じてＩＰＡ１０１０を供給し、排気口１００４を通じて真空１０１２を形成し、そして注入口１００６を通じて脱イオン水１０１４を供給することによって、メニスカス１０１６を生成することができる。
【００７３】
図１０Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、プロキシミティヘッド１０２０の一部を示した上面図である。一実施形態の上面図では、左から右に、注入口１００２一式、排気口１００４一式、注入口１００６一式、排気口１００４一式、および注入口１００２一式である。したがって、Ｎ2／ＩＰＡおよびＤＩＷは、プロキシミティヘッド１０２０とウエハ１０３０との間の領域に注入されるのにともなって、ウエハ１０３０上に存在する任意の流体膜とともに、真空によって除去される。本明細書で言うところの注入口１００２、注入口１００６、および排気口１００４は、例えば円形開口および四角開口等の任意の適切な幾何学的形状であることが可能である。一実施形態において、注入口１００２，１００６および排気口１００４は、円形開口を有する。
【００７４】
図１１Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、代表的なプロキシミティヘッド１１００を示している。図１１Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、プロキシミティヘッド１１００と該プロキシミティヘッド１１００によって形成されたメニスカス１１５０とを示した断面図である。プロキシミティヘッド１１００は、一つの環を形成する複数の処理化学剤注入口１１０４と、二つの環を形成する複数のＩＰＡ注入口１１０２，１１０８と、一つの環を形成する複数の真空排気口１１０６とを含む。これら各種の注入口１１０２，１１０４，１１０６および排気口１１０８は、センサ１１２０を取り囲むように配置される。センサ１１２０は、処理ヘッド１１００によって実施される製造処理の進行具合を評価することができる計測センサである。センサは、上述された終点検出のシステムおよび方法の使用を可能にする光学終点検出センサであることが可能である。
【００７５】
メニスカス１１５０は、流体メニスカスを排除された「乾燥した」中心領域１１５２を含むことができるので、センサ１１２０は、センサとウエハ１０３０の表面との間にあるメニスカス１１５０の処理化学剤による妨害を受けずにすむ。ウエハ１０３０を回転させ、プロキシミティヘッド１１００ひいてはセンサ１１２０を走査させれば、ウエハ１０３０の全面を、プロキシミティヘッドによるウエハ処理にともなってイン・サイチュ（In-Situ）走査することが可能になる。センサ１１２０は、また、エッチング処理に関するリアルタイムのフィードバックを提供することも可能である。エッチング処理を制御する制御システムにリアルタイムのフィードバックを提供すれば、エッチング処理を制御する閉ループを構成することができる。閉ループによるエッチング処理の制御は、制御システムによってエッチング処理をリアルタイムで双方向に調整することを可能にする。ヘッドの位置、濃度、滞在時間、流速、圧力、化学的性質、およびその他の処理変数を含む複数のエッチング処理変数のうち、任意の変数を調整することができる。こうして、より正確な処理制御が可能になる。より正確な処理制御は、これまで以上に高濃度のエッチング化学剤を使用することを可能にする。これは、ひいては、ウエハの処理時間を最短に短縮する。
【００７６】
また、処理のイン・サイチュ（In-Situ）で且つリアルタイムな制御を使用すれば、ウエハ表面に対して可変の処理を実施して、ウエハ処理の最中に均一性を補正することが可能になる。例えばエッチング処理において、センサは、ウエハ１０３０の第１の領域では薄めの膜を検出し、第２の領域では厚めの膜を検出する場合がある。この場合は、プロキシミティヘッド１１００によるウエハ１０３０の走査にともなって、検出された膜厚に応じてエッチング処理レシピを動的に（例えばエッチング化学剤の濃度や滞在時間等を）調整することができる。その結果、ウエハ１０３０に対してエッチング処理を実施すると同時に、イン・サイチュ（In-Situ）で膜厚の不均一性を動的に補正することが可能になる。したがって、不均一性の補正のためにウエハを再処理する必要がなくなる。
【００７７】
代替の一実施形態では、乾燥領域１１５２が不要である。例えば、センサ１１２０によって、ウエハ１０３０表面に施される処理化学剤等の液体の層（例えばメニスカス１１５０）を介して膜厚を測定可能である場合が挙げられる。
【００７８】
図１２は、本発明の一実施形態にしたがった、ウエハ処理システム１２００を示している。ウエハ処理システム１２００は、複数のエッジローラ１２１２Ａ〜１２１２Ｃの間でウエハ１０３０を支える。可動アーム１２１４Ａは、プロキシミティヘッド１０２０を支え、ウエハ１０３０表面の上を移動させる。イン・サイチュ（In-Situ）センサ１２０２は、可動アーム１２１４Ａ上の、プロキシミティヘッド１０２０の外側にあたる位置に搭載されても良いし、あるいは、プロキシミティヘッド１０２０を支える可動アーム１２１４Ａから独立して動くことができる別の可動アーム１２０４上に搭載されても良い。その結果、センサ１２０２は、プロキシミティヘッド１０２０によってウエハ１０３０に処理を施されている場所に近い対応位置を走査および測定することができる。あるいは、センサ１２０２は、プロキシミティヘッド１０２０によってウエハ１０３０に処理を施されている場所に近い対応位置を測定しつつ、尚かつ、それとは独立して、プロキシミティヘッドによるウエハ処理にともなってそれとほぼ同時にウエハ表面上を走査することができる。
【００７９】
図１３は、本発明の一実施形態にしたがった、ほぼ平坦な過剰部分１１２’を提供するための代替方法の工程を示したフローチャート１３００である。工程１３０５では、上記の図１で示されたような、非平坦な、不均一な、または非平坦で且つ不均一なウエハが、処理のために受け取られる。随意の工程１３１０では、上記の図２で説明されたように、ほぼ平坦な追加層２０２を追加することができる。工程１３１５では、過剰層のバルクを除去するためのＣＭＰ処理が実施される。残される過剰部分は、局所的に不均一な領域、および更には広域的に不均一な領域を、複数箇所含む可能性がある。前述のように、局所的不均一性および広域的不均一性は、無数の要因によって生じうる。ＣＭＰ処理は、基板上に形成された下層に伝わる剪断力を可能な限り小さくできるように、下向き力の小さいＣＭＰ処理であることが可能である。
【００８０】
工程１３２５では、ウエハ上の複数の不均一な領域がマッピングされる。これらの不均一な領域は、あらゆる種類の計測センサと、これら各種の計測センサを用いる方法とによってマッピングすることができる。これらの不均一性は、例えば、同一所有権者に属する同時係属出願である、２００２年１２月２３日に出願された米国特許出願ＡＰＮ１０／３２８，９１２「渦電流を用いた薄膜基板信号分離のための方法および装置」および２００２年９月２５日に出願された米国特許出願ＡＰＮ１０／２５６，０５５「渦電流に基づく測定能力の向上」に記載されるような渦電流センサによってマッピングすることが可能である。不均一性は、イン・サイチュ（In-Situ）およびエクス・サイチュ（Ex-Situ）のいずれでマッピングすることも可能である。不均一性は、また、同一所有権者に属する同時係属出願である、２００２年１２月２４日に出願された米国特許出願１０／３３１，１９４「ウエハの不均一性を定量化するため、および有意性の図解化のユーザインターフェース」に記載されるようにマッピングおよび表示することも可能である。
【００８１】
工程１３３０では、マッピングされた不均一性を補正するためのレシピが自動的に作成される。レシピの作成は、マッピングされた各不均一性を定量化することを含むことができる。例えば、各不均一性の厚さおよび位置を正確に計算することが可能である。不均一性が定量化されると、次は、動的流体メニスカスによる処理に適した処理化学剤（例えば硫酸と過酸化水素との混合）の濃度、時間、およびその他の処理変数が決定される。
【００８２】
工程１３３５では、上記の図１０Ａ〜図１２で説明されたように、動的流体メニスカスによってウエハを処理する。動的流体メニスカスは、上記の図３に示されたような、ほぼ均一な過剰部分１１２’を形成するために、マッピングされた各不均一性をエッチングすることができる。ウエハは、上記の図８で説明されたように、残りのほぼ均一な過剰部分１１２’を除去するために、更にエッチングすることが可能である。
【００８３】
また、動的液体メニスカスを支える装置内に、もしセンサ１１２０，１２０２等のセンサが含まれているならば、動的液体メニスカスを動的に監視および制御するために、フィードバック監視信号を使用することも可能である。図１４は、本発明の一実施形態にしたがった、ウエハ処理システム１４００のブロック図を示している。システムは、レシピ１４０４を含むコントローラ１４０２を備える。レシピ１４０４は、一対の動的液体メニスカス１４１０Ａ，１４１０Ｂによってウエハ１４０８に施される処理の各種のパラメータおよび特徴を制御するものである。例えば、レシピは、ＤＩＷ、ＩＰＡ、およびＩＰＡ蒸気の流速と、真空の圧力と、動的液体メニスカス１４１０Ａ，１４１０Ｂの正確な位置と、そして、もしウエハが回転されるならばウエハ１４０８の回転の方向および速度とを決定する。センサ１４２０Ａ，１４２０Ｂは、動的液体メニスカス１４１０Ａ，１４１０Ｂによってウエハ１４０８に施される処理を監視および評価する。一実施形態において、センサ１４２０Ａ，１４２０Ｂは、コントローラ１４０２にフィードバックを提供することができる。すると、コントローラ１４０２は、一つまたはそれ以上のセンサからのフィードバックに応じてレシピを動的に変更することができる。センサ１４２０Ａ，１４２０Ｂは、上記の図１１Ａ，１１Ｂで説明したように、動的液体メニスカス１４１０Ａ，１４１０Ｂを支えるプロキシミティヘッド内に含まれることが可能である。あるいは、センサ１４２０Ａ，１４２０Ｂは、上記の図１２で説明されたように、動的液体メニスカス１４１０Ａ，１４１０Ｂを支えるプロキシミティヘッドの外側に位置することが可能である。センサ１４２０Ａ，１４２０Ｂは、また、上記の工程１３２５で説明されたように、不均一性のマッピングに用いることもできる。
【００８４】
一実施形態において、平坦化および不均一性の改善を図るためのシステムならびに方法は、最適化のスキームを用いることができる。このスキームは、次に入ってくる基板の厚さの空間的ばらつきを、予め決定された後続の製造処理（例えば動的液体メニスカスエッチング処理等）の除去速度プロファイルと相関させる。動的液体メニスカスエッチング処理は、送られてきた制御信号を受け、そこで、厚さのばらつきを補正するための特定のエッチング処理を実施することができる。図１５は、本発明の一実施形態にしたがった、フィードフォワード最適化処理の方法の工程を示したフローチャート１５００である。工程１５０５では、基板が受け取られる。工程１５１０では、基板の不均一性プロファイルが決定される。基板の不均一性プロファイルは、基板の厚さをマッピングして、厚さのあらゆるばらつきを特定することによって決定される。基板の不均一性プロファイルは、イン・サイチュ（In-Situ）であろうとエクス・サイチュ（Ex-Situ）であろうと、あらゆる適切なマッピング処理を使用して決定することができる。厚さのばらつきは、基板の表面上に一様でない層を残留させた先行処理（例えばＣＭＰ処理）の不均一性を原因として生じうる。不均一性プロファイルは、不均一性の位置（すなわち直交座標のｘ座標とｙ座標、半径と角度、またはその他の位置識別子）および厚さの両方を含む。
【００８５】
また、先行処理の不均一性プロファイルモデルを決定することもできる。先行処理の不均一性プロファイルモデルは、先行処理から出力された複数の基板の不均一性プロファイルを統計分析したもの（例えば平均）であることが可能である。不均一性プロファイルモデルは、先行処理の働きを予測するために用いることができる。
【００８６】
工程１５１５では、後続処理の除去速度プロファイルモデルを決定することができる。除去速度プロファイルモデルは、後続処理を経た複数の基板の処理結果を統計分析することによって決定することができる。後続処理の前および後の両方で測定を行えば、例えば、基板表面上のいくつかの位置のそれぞれにおける平均除去速度を得ることができる。例えば、複数の基板は、動的液体メニスカスエッチング処理を経ることができる。これら複数の基板の各基板は、動的液体メニスカスエッチング処理の前後でマッピングすることができ、そうして、除去速度プロファイルモデルを決定することができる。除去プロファイルモデルは、基板表面上のいくつかの位置のそれぞれにおける平均除去速度を含むことができる。
【００８７】
除去速度プロファイルモデルは、また、一種またはそれ以上のパラメータの範囲と、それによって除去速度プロファイルモデルに及ぼされる対応効果とを含むこともできる。例えば、特定濃度のエッチャント化学剤は、エッチング速度の低下または増大をもたらす。こうして、濃度と処理時間とを相関させることができる。
【００８８】
工程１５２０では、受け取られた基板の不均一性プロファイルが、後続処理の除去速度プロファイルモデルと比較される。次いで、受け取られた基板の不均一性プロファイルを補正するように最適化されたレシピを作成するために、後続処理の各種パラメータ（例えば時間、処理化学剤、圧力等）が選択される。あるいは、最適化されたレシピを作成するために、先行処理の不均一性プロファイルモデルを、後続処理の除去速度プロファイルモデルと比較することも可能である。工程１５２５では、基板と、後続処理のために最適化されたレシピとが、後続処理に入力される。
【００８９】
工程１５３０において、後続処理は、基板の表面が、になるように、基板の不均一性を排除する。例えば、動的液体メニスカスエッチング処理と、不均一な銅層を有する基板とを例にとると、均一な銅層を残留させるために、動的液体メニスカスエッチング処理によって不均一性を除去することができる。工程１５３５では、残りの銅層が除去することができ、その結果、ほぼ平坦で且つ均一な表面が基板上に残留する。
【００９０】
なお、上記の各図面の各工程で表された指示は、必ずしも図示された順序で実施される必要はなく、本発明を実施するにあたって、必ずしも各工程で表された全ての処理が必要とされるわけではない。更に、上記の各図面で説明された処理は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、コンピュータのハードディスクドライブ、またはマイクロプロセッサ制御システム（例えば処理制御システム）のうちの任意の一者または二者以上の組み合わせに格納されたソフトウェアとして実現することも可能である。
【００９１】
以上では、理解を明確にする目的で、ある程度詳細に発明が説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内ならば、いくらかの変更および修正を加えられることは明らかである。したがって、本実施形態は、例示を目的としたものであって、限定を目的としたものではなく、本発明は、上述された詳細に限定されず、添付した特許請求の範囲およびその等価形態の範囲内で変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、パターン形成された半導体基板を示した説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にしたがった、追加される追加層を示した説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にしたがった、ほぼ平坦な過剰部分を示した説明図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、第２のエッチング処理を経た後の基板を示した説明図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、障壁除去処理を経た後の基板を示した説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にしたがった、局所的な平坦化を実施する方法の工程を示したフローチャートである。
【図６Ａ】局所的均一性を高めるために基板に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの一連の処理を示している。
【図６Ｂ】局所的均一性を高めるために基板に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの一連の処理を示している。
【図６Ｃ】局所的均一性を高めるために基板に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの一連の処理を示している。
【図６Ｄ】局所的均一性を高めるために基板に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの一連の処理を示している。
【図７】局所的均一性を高めるために基板に対して実施される、本発明の一実施形態にしたがった化学変換およびエッチバックの処理の方法の工程を示したフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態にしたがった、広域的不均一性を補正する方法の工程を示したフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態にしたがった、ほぼ除去された平坦化された過剰部分を示した説明図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、代表的なウエハ処理作業を実施するためのプロキシミティヘッドを示している。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、プロキシミティヘッドの一部を示した上面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、代表的なプロキシミティヘッドを示した説明図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、プロキシミティヘッドと該プロキシミティヘッドによって形成されたメニスカスとを示した断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態にしたがった、ウエハ処理システムを示した説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態にしたがった、ほぼ平坦で且つ均一な過剰部分を提供するための代替方法の工程を示したフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態にしたがった、ウエハ処理システムを示したブロック図である。
【図１５】本発明の一実施形態にしたがった、フィードフォワード最適化処理の方法の工程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１００…パターン形成された半導体基板
１０２，１０４，１０６…特徴
１１０…障壁層
１１２，１１２’，１１２”…過剰部分
１１４，１１６，１１８…厚さのばらつき
１２０…導電性配線材料
２０２…追加層
２０４…コンフォーマル層
４０２…マスク層
６００…基板
６０２，６０２’…過剰部分
６０４…追加層
６０６，６０６’，６０６”…表面プロファイル
９０２…過剰部分
１００２…注入口
１００４…排気口
１００６…注入口
１０１０…ＩＰＡ
１０１２…真空
１０１４…脱イオン水
１０１６…メニスカス
１０２０…プロキシミティヘッド
１０３０…ウエハ
１０３０ａ…ウエハの上面
１０３０ｂ…ウエハの底面
１１００…プロキシミティヘッド
１１０２，１１０８…ＩＰＡの注入口
１１０４…処理化学剤の注入口
１１０６…真空排気口
１１２０…センサ
１１５０…メニスカス
１１５２…乾燥した中心領域
１２００…ウエハ処理システム
１２０２…イン・サイチュ（In-Situ）センサ
１２０４…可動アーム
１２１２Ａ，１２１２Ｂ，１２１２Ｃ…エッジローラ
１２１４Ａ…可動アーム
１４００…ウエハ処理システム
１４０２…コントローラ
１４０４…レシピ
１４０８…ウエハ
１４１０Ａ，１４１０Ｂ…動的液体メニスカス
１４２０Ａ，１４２０Ｂ…センサ
【図１】
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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５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
2007520079.tif 000013
【図８】
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【図９】
2007520079.tif 000015
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2007520079.tif 000017
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
2007520079.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
2007520079.tif 000023
【国際調査報告】
2007520079.tif 000024
2007520079.tif 000025
2007520079.tif 000026