CN100576475C - 光刻胶和刻蚀残留物的低压去除 - Google Patents

光刻胶和刻蚀残留物的低压去除 Download PDF

Info

Publication number
CN100576475C
CN100576475C CN200580046337A CN200580046337A CN100576475C CN 100576475 C CN100576475 C CN 100576475C CN 200580046337 A CN200580046337 A CN 200580046337A CN 200580046337 A CN200580046337 A CN 200580046337A CN 100576475 C CN100576475 C CN 100576475C
Authority
CN
China
Prior art keywords
cineration
plasma
gas
substrate
biasing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200580046337A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101099234A (zh
Inventor
稻沢刚一郎
瓦迪亚纳森·巴拉苏布拉马尼恩
畑村安则
萩原正明
西村荣一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of CN101099234A publication Critical patent/CN101099234A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100576475C publication Critical patent/CN100576475C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H01L21/0206—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of insulating layers
    • H01L21/02063—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of insulating layers the processing being the formation of vias or contact holes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/42—Stripping or agents therefor
    • G03F7/427—Stripping or agents therefor using plasma means only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3342—Resist stripping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Abstract

提供了一种用于等离子体灰化以去除在先前的介电层的等离子体刻蚀期间形成的光刻胶残余和刻蚀残留物的方法。该灰化方法使用涉及含氢气体的两步等离子体工艺，其中在第一清洁步骤中向衬底施加低偏置或零偏置以从衬底上去除显著量的光刻胶残余和刻蚀残留物，并且从室表面上刻蚀并去除有害的氟碳残留物。在第二清洁步骤中向衬底施加增大的偏置以从衬底上去除剩余的光刻胶和刻蚀残留物。在第二清洁步骤中采用了小于20mTorr的室压强。两步工艺减少了常在传统的一步灰化工艺中观察到的记忆效应。一种结束点检测方法可以用于监视灰化工艺。

Description

光刻胶和刻蚀残留物的低压去除
相关申请的交叉引用
本申请与2002年9月30日提交的未决美国专利申请no.10/259,381有关，该申请的全部内容通过引用结合于此。本申请与2004年12月30日提交的题为“LOW-PRESSURE REMOVAL OF PHOTORESIST AND ETCHRESIDUE”的未决美国专利申请(律师案卷号no.262408US6 YA)有关，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及等离子体处理，具体而言涉及在半导体微制作中的刻蚀工艺之后的光刻胶和刻蚀残留物(etch residue)的清洁和去除。
背景技术
等离子体处理系统被用在半导体、集成电路、显示器和其他器件或材料的制造和处理中，以从诸如半导体衬底之类的衬底上去除材料或在其上沉积材料。半导体衬底的等离子体处理(用于将集成电路的图案从光刻掩模转移到衬底上，或在衬底上沉积介电或导电膜)已变为工业中的标准方法。
在半导体处理中，在刻蚀各种类型的膜时，集成挑战和折衷仍然存在。传统上，介电层图案化有用于沉积导电材料以形成垂直接触的开口。在图案化工艺期间，抗蚀光刻胶层和/或硬掩模层被沉积在介电层上，暴露于选定图案并被显影。然后在等离子体环境中刻蚀分层结构，其中图案化的光刻胶层限定了介电层中的开口。
在刻蚀步骤之后，在经刻蚀的特征和室壁上常常观察到光刻胶残余和刻蚀残留物(例如，聚合物碎片)。等离子体清洁(也称为现场灰化)中的一个集成挑战是成功地去除光刻胶残余和刻蚀残留物，同时避免侵蚀周围的层。已知系统已经使用一步灰化工艺，其中施加的衬底的偏置在整个灰化工艺期间维持恒定。
卤代烃气体常用在介电层的刻蚀中，介电层例如是氧化物和较新的含SiOC的低k介电材料。这些气体已知生成氟碳聚合物刻蚀产物，其可以在介电刻蚀工艺期间沉积在处理室的内表面以及衬底表面上。
图1示出了一步灰化工艺的示例性剖视图。在用于从结构100去除光刻胶106的传统一步灰化工艺期间，氟碳聚合物被从室壁释放/刻蚀(常常称为记忆效应，memory effect)，并且可能攻击下层的介电层104和覆盖层102(例如SiN、SiC)，导致介电层的磨损108和覆盖层损耗110，有时甚至穿过覆盖层102并攻击下层的导电层(例如铜，未示出)。该效应在晶片边缘处由于接近室壁的高氟碳聚合物浓度而可能非常明显。或者，结构100还可以包含氟碳聚合物沉积。
在传统的一步灰化工艺期间，可用含氢等离子体去除光刻胶。为了避免灰化后残留物的形成，某一偏置功率被施加到衬底夹持器。在该工艺期间，来自于先前的电介质刻蚀的室壁上的氟碳沉积也被刻蚀，从而在等离子体中释放氟游离基。随着偏置被施加到衬底夹持器，这些氟游离基可能侵蚀下层的介电膜并消耗覆盖层。通过减小偏置或施加零偏置，可以减少介电膜侵蚀和覆盖层消耗，但是仍然可以观察到灰化后残留物。
可能导致以上的室问题的传统一步灰化工艺可以包括下面的等离子体工艺条件：室压强＝50mTorr，RF偏置＝150W，O2流率＝200sccm。
在半导体制造中，传统一步灰化工艺常常在处理室中执行，其中内部室表面(和要灰化的衬底)可能包含来自于先前的电介质刻蚀工艺的基于氟碳聚合物的沉积。或者，一步灰化工艺可以在已经清洁掉来自在先刻蚀工艺的聚合物沉积的处理室中执行。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体处理方法，该方法用于从衬底上去除光刻胶残余和刻蚀残留物，同时相比于一步灰化减少对周围的衬底层的侵蚀。
以上和其他的目的是利用两步现场等离子体灰化工艺实现的，该工艺采用了包括含氢气体的处理气体。在第一灰化步骤期间，向衬底位于其上的衬底夹持器施加第一低偏置水平或零偏置水平，而在第二灰化步骤期间施加第二偏置水平。在第二灰化步骤中等离子体处理室中的压强小于20mTorr。
在第一灰化步骤期间，在向衬底施加低或零偏置时，衬底和处理室的内表面/壁上的显著量的光刻胶残余和刻蚀残留物被刻蚀并从室中去除，同时对剩余衬底层的侵蚀得以最小化。在第二灰化步骤期间，施加增大的偏置，并继续灰化工艺，直到光刻胶残余和刻蚀残留物被去除为止。
附图说明
对本发明和其许多附带优点的更完全理解将从下面的具体实施方式中变清楚，尤其当结合附图考虑时，在附图中：
图1示出了一步灰化工艺的示例性剖视图；
图2示出了两步灰化工艺的示例性剖视图；
图3示意性地示出了灰化工艺期间覆盖层的损耗；
图4示意性地示出了电介质侧壁损耗；
图5示出了根据本发明实施例的等离子体处理系统；
图6示出了根据本发明另一个实施例的等离子体处理系统；以及
图7示出了根据本发明又一个实施例的等离子体处理系统。
具体实施方式
题为“METHOD FOR REMOVING PHOTORESIST AND ETCHRESIDUE”的相关美国专利申请no.10/259,381的发明人(也是本申请的发明人)认识到，两步等离子体灰化工艺可以用于从衬底上去除光刻胶残余和刻蚀残留物。在第一灰化步骤期间，在向衬底位于其上的衬底夹持器施加零偏置或低偏置时，来自于先前的刻蚀工艺(该工艺例如可以采用CxFy刻蚀气体)的显著量的光刻胶残余和刻蚀残留物被刻蚀并从处理室中去除，同时对剩余的衬底层的侵蚀最小。在第二灰化步骤期间，向衬底夹持器施加增大的偏置，并继续灰化工艺，直到光刻胶和/或硬掩模残余以及灰化后残留物被去除为止。
本发明人已经认识到，上述两步等离子体灰化工艺可以通过在低压下在等离子体处理室中执行第二灰化步骤来加以改善。低压可以减少对下层的介电衬底层，例如诸如SiOC材料(k～2.7)之类的低介电常数(低k)材料的损伤。对低k材料的损伤可以包括材料的介电常数的增大，从而削弱了使用这些材料相比于传统的较高介电常数材料的优点。根据本发明的实施例，在低处理室压强下等离子体环境中氢游离基的低浓度可以减少或消除在灰化工艺期间对介电材料的损伤。另外，与氢游离基的浓度不同，从等离子体到衬底的离子通量在本发明的整个压强范围内相对恒定。高离子通量能够导致高灰化速率和短灰化时间，从而增大了衬底产量。另外，降低室压强导致对衬底层的更具方向性(各向异性)的离子轰击，从而减少了灰化工艺期间对图案化的介电层侧壁的损伤。
从而，根据本发明的实施例，在两步灰化工艺的第二灰化步骤期间在处理室中采用小于20mTorr的处理压强。根据本发明的另一个实施例，在第二灰化步骤期间在处理室中可以采用小于约10mTorr的处理压强。
本发明中的两步现场灰化工艺可以减轻许多的上述缺点，这是通过满足以下各项中的至少一个来实现的：1)最小化覆盖层消耗；2)最小化特征顶部的电介质磨损/侵蚀，并减小刻蚀后/临界尺寸(CD)偏置；3)最小化灰化后残留物；4)最小化现场灰化期间对低k介电膜的损伤(减小“k”值)；以及5)提供自动室干法清洁，从而增大室清洁之间的平均时间。
图2示出了两步灰化工艺的示例性剖视图。在两步含氢灰化工艺的第一灰化步骤120期间，刻蚀晶片上的光刻胶106和沉积在室壁和晶片上的氟碳聚合物112。由于施加了零或低偏置，因此介电层104的侵蚀和覆盖层102的消耗得以最小化。在第一灰化步骤120期间，室被干法清洁，清洁掉任何的聚合物残留物。第一灰化步骤120的长度可以是基于时间的，这可能在衬底上留下很小量的灰化后残留物110或PAR和可能很小量的光刻胶106。
在第二灰化步骤130期间，施加偏置，并且执行灰化一段时间，该段时间足以去除掉任何灰化后残留物110和任何剩余的光刻胶106。
本发明可以例如利用包含具有上电极和下电极的电容耦合等离子体源的等离子体处理系统来执行。上电极例如还可以充当用于将处理气体引入处理室中的喷淋头，下电极可以是被配置用于支撑要处理的衬底并向衬底施加偏置的衬底夹持器。电容耦合等离子体源是本领域技术人员公知的。本发明还可以利用其他类型的等离子体源执行，包括但不限于电感耦合等离子体源(ICP)。
现在将描述根据本发明实施例的两步灰化工艺的第一灰化步骤的示例性工艺参数。在本发明的一个实施例中，室压强可以在约1mTorr和约1000mTorr之间。根据本发明的另一个实施例，室压强可以在约5mTorr和约50mTorr之间。在处理室中可以使用约5sccm到约1500sccm的处理气体流率。包含含氢气体(例如H2、NH3或其组合)的处理气体可以被单独使用，但是也可以与惰性气体(例如，稀有气体(He、Ar等)或N2)结合使用。含氢气体的流率可以例如在约5sccm和约500sccm之间，并且惰性气体的流率可以例如在约0sccm和约1000sccm之间。偏置功率(下电极功率)可以例如在约0W和约100W之间，上电极功率可以例如在约500W和约2200W之间，并且衬底温度可以在约-10℃和约250℃之间。
在一个示例中，第一灰化步骤的工艺参数包括20mTorr的室压强、550sccm的Ar流率、200sccm的H2气体流率、300W的上电极功率和0W的下电极功率。第一灰化步骤的持续时间可以例如约为35秒。
在两步灰化工艺的第二灰化步骤中，工艺参数可以包括与以上针对第一灰化步骤所述相同的条件，不同之处在于第二灰化步骤中的室压强小于20mTorr。在本发明的实施例中，第二灰化步骤中的室压强可以小于约10mTorr。在本发明的另一个实施例中，第二灰化步骤中的室压强可以小于约5mTorr。可以使用约50W和约1000W之间的偏置，此时第二灰化步骤中施加到衬底夹持器的偏置(第二偏置)大于第一灰化步骤中施加到衬底夹持器的偏置(第一偏置)。
尽管公开了使用射频或RF偏置，但是还可以使用DC偏置或使用DC偏置来替代RF偏置。另外，室压强可以在灰化工艺期间变化。例如，室压强可以在第一步骤和第二步骤之间不同。此外，处理气体的组分可以在灰化工艺期间变化。例如，处理气体(以及处理气体中不同气体的流率)可以在第一步骤和第二步骤之间不同。
或者，在两步工艺期间，偏置可以在基本上所有(但不是所有)的聚合物都已从室中去除时施加，以增大产量，但是其代价是重新引入了传统的一步工艺的某些效应。
此外，尽管上述只使用了单一偏置，但是也可以使用变化的偏置。例如，偏置可以在第二步骤之前、期间或之后从0W增大(或者连续增大，或者逐步增大(例如，以10W的增量))到约100W。
如上所述，第一步骤的持续时间应当足够长以完成从室壁和晶片表面去除氟碳材料的操作。例如，第一步骤的持续时间可以从20秒到50秒。类似地，第二步骤的持续时间应当足够长以去除任何灰化后残留物和任何剩余的光刻胶。例如，第二步骤的持续时间可以从20秒到50秒。
或者，在图2的两步灰化工艺中，第一步骤120和第二步骤130的结束可以利用结束点检测确定。结束点检测的一种可能方法是监视从等离子体区域发射的光谱的一部分。例如，指示这种去除的光谱的部分具有482.5nm(CO)、775.5nm(F)和440nm(SiF4)的波长，并且可以利用光学发射谱(OES)测量。在与这些频率相对应的发射水平跨过了指定阈值(例如，降低到基本为零或增大到超过某一具体水平)后，第一步骤被认为已完成。也可以使用提供结束点信息的其他波长。
在第一步骤结束后，第二步骤优选地采用50-200％过灰化来去除任何剩余的灰化后残留物(PAR)。即，如果第一步骤在50秒内完成，则第二步骤用25秒进行50％过灰化，用50秒进行100％过灰化。过灰化的实际量可以通过检查被过灰化到不同程度的一系列衬底来经验地确定。
衬底可以在灰化工艺后进行评估，例如通过测量覆盖层损耗、电介质侧壁损耗和特征顶部的电介质磨损/侵蚀。使得能够进行期望灰化同时最小化以上损耗和侵蚀的工艺条件可以通过直接实验和/或实验设计加以确定。
在第一示例中，图3示意性地示出了灰化工艺期间的覆盖层损耗。覆盖层损耗120是作为在介电层104的灰化工艺后的覆盖层102的减薄在扫描电子显微镜(SEM)图像中测量的。使得能够进行期望灰化同时最小化覆盖层损耗120的工艺条件可以通过直接实验和/或实验设计(DOE)加以确定。
在第二示例中，图4示意性地示出了电介质侧壁损耗。例如，图4中的电介质侧壁损耗可以作为在暴露于HF溶液之后介电层104的顶部132和中部150处的电介质去除加以测量。图3和4中的结构还可以包括SiN层106和SiC 102层。为了测量侧壁损耗，经等离子体灰化的衬底可以被暴露于0.5％的HF溶液约5秒到约30秒的一段时间。随后的衬底的SEM分析可以用于评估侧壁损耗。
使用结束点检测来确定何时所有的(或几乎所有的)聚合物(以及可能的光刻胶)都已从室中去除的示例，以及用于通过测量覆盖层损耗和侧壁损耗来评估经灰化衬底的示例，在未决美国专利申请No.10/259,381中有完整描述。
图5示出了根据本发明实施例的等离子体处理系统。等离子体处理系统1被配置为适用于在处理室10的处理区域45中生成等离子体。等离子体处理系统1还包括衬底夹持器20、气体注入系统40和真空泵系统50，其中要处理的衬底25附着到衬底夹持器20上并与衬底夹持器20形成电接触，气体注入系统40用于将处理气体42引入到等离子体处理室10。气体注入系统40允许独立控制从场外气体源到处理室10的处理气体42的传输。
经由气体注入系统40引入可离子化处理气体42，并调节处理压强。处理气体的流率可以在约10sccm和约5000sccm之间，或者在约20sccm和约1000sccm之间，又或者在约50sccm和约500sccm之间。室压强可以例如在约1mTorr和约200mTorr之间，或者在约5mTorr和约100mTorr之间，又或者在约10mTorr和约50mTorr之间。控制器55可以用于控制真空泵系统50和气体注入系统40。衬底25经由(机械)衬底转移系统经过缝隙阀(未示出)和室馈通通道(未示出)被移入处理室10中，在此衬底被位于衬底夹持器20内的衬底抬升钉(未示出)接收并被位于其中的设备机械平移。一旦从衬底转移系统接收到衬底25，就将其降低到衬底夹持器20的上表面。
在替换实施例中，衬底25经由静电夹紧装置(未示出)附着到衬底夹持器20。此外，衬底夹持器20还包括包含再循环冷却剂流的冷却系统，再循环冷却剂流接收来自衬底夹持器20的热量并将热量传递到热交换器系统(未示出)，或者在加热时传递来自热交换器系统的热量。而且，气体可以被传输到衬底背面以提高衬底25和衬底夹持器20之间的气体间隙热导率。该系统被用在当需要对衬底进行温度控制以升高或降低温度时。例如，衬底的温度控制可以用在温度超过稳定状态温度时，其中稳定状态温度是由于从等离子体传输到衬底25的热通量和通过传导到衬底夹持器20而从衬底25去除的热通量之间的平衡而实现的。在其他实施例中，诸如电阻性加热元件或热电加热器/冷却器之类的加热元件可以被包括在衬底夹持器20中。
图5的等离子体处理系统1包括包含上板电极70的RF等离子体源，RF功率从RF发生器72经过阻抗匹配网络74耦合到上板电极70。用于向上板电极70施加RF功率的典型频率可以从10MHz到200MHz，并且可以是60MHz。施加到上板电极70的RF功率可以在约500W和约2200W之间。如上所述，图5的等离子体处理系统1还包括用于向衬底夹持器20施加RF功率以偏置衬底25的RF源。RF源包含RF发生器30和阻抗匹配网络32，阻抗匹配网络32通过最小化反射功率来使到处理区域45中的等离子体的RF功率的传送最大化。匹配网络拓扑(例如，L型、π型、T型)和自动控制方法是本领域中已知的。用于向衬底夹持器20施加功率的典型频率从0.1MHz到30MHz，并且可以是2MHz。施加到衬底夹持器20的RF功率可以在约0W和约1000W之间。而且，控制器55耦合到RF发生器72和阻抗匹配网络74以控制向上板电极70施加RF功率的操作。在替换实施例中，RF功率可以以多个频率被施加到衬底夹持器20。
继续参考图5，处理气体42通过气体注入系统40被引入到处理区域45。气体注入系统40可以包括喷淋头，其中处理气体42通过气体注入空间(未示出)、一系列隔板(未示出)和多孔喷淋头气体注入板被从气体传输系统(未示出)提供到处理区域45。在一个实施例中，多孔喷淋头气体注入板可以是上板电极70。
真空泵系统50可以包括泵速能高达5000公升每秒(以及更大)的涡轮分子真空泵(TMP)和用于节流室压强的门阀。在用于干法等离子体刻蚀的传统等离子体处理设备中，采用1000到3000公升每秒的TMP。TMP可用于低压处理，一般小于50mTorr。对于高压处理(即，大于100mTorr)，使用机械增压泵和干法粗抽泵。
控制器55包括微处理器、存储器和能够生成控制电压的数字I/O端口，该控制电压足以传输并激活到等离子体处理系统1的输入以及监视来自等离子体处理系统1的输出。而且，控制器55耦合到RF发生器30、阻抗匹配网络32、RF发生器72、阻抗匹配网络74、气体注入系统40、等离子体监视系统57和真空泵系统50，并与之交换信息。存储在存储器中的程序被用于根据存储的工艺流程控制等离子体处理系统1的前述部件。控制器55的一个示例是可以从Texas，Dallas的Texas Instruments得到的TMS320型数字信号处理器(DSP)。
等离子体监视系统57可以包括例如光学发射谱(OES)系统以测量等离子体环境中的激发粒子，和/或包括等离子体诊断系统，例如用于测量等离子体密度的Langmuir探针。等离子体监视系统57可以与控制器55一起使用以确定刻蚀工艺的状态并提供反馈以确保工艺的一致性。或者，等离子体监视系统57可以包括微波和/或RF诊断系统。
图6示出了根据本发明另一个实施例的等离子体处理系统。等离子体处理系统2包括包含机械或电旋转DC磁场系统60的RF等离子体源，以潜在地增大等离子体密度和/或提高等离子体处理均匀性。而且，控制器55耦合到旋转磁场系统60以规范旋转速度和场强。
图7示出了根据本发明又一个实施例的等离子体处理系统。等离子体处理系统3包括包含电感线圈80的RF等离子体源，RF功率经由RF发生器82通过阻抗匹配网络84耦合到电感线圈80。RF功率电感性地从电感线圈80通过电介质窗口(未示出)耦合到等离子体处理区域45。用于向电感线圈80施加RF功率的典型频率从0.1MHz到100MHz，并且可以是13.56MHz。施加到电感线圈的RF功率可以在约50W和约10000W之间。类似地，用于向卡盘电极施加RF功率的典型频率从0.1MHz到30MHz，并且可以是13.56MHz。施加到衬底夹持器的RF功率可以为约0W到约1000W。另外，缝隙Faraday屏蔽罩(未示出)可以用于减少电感线圈80和等离子体之间的电容性耦合。而且，控制器55耦合到RF发生器82和阻抗匹配网络84以控制向电感线圈80施加功率的操作。
另外，应当理解，图5-7中所示的等离子体处理系统只是用于示例性目的，因为特定硬件的许多变体可以用于实现其中可以实施本发明的处理系统，并且这些变体对于本领域技术人员来说是很清楚的。
考虑到以上教导可以对本发明进行大量修改和变化。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，可以按与这里具体描述的不同的方式来实施本发明。

Claims (43)

1.一种现场灰化方法，包括：
将包含含氢气体的处理气体引入到等离子体处理室中；
在所述等离子体处理室中生成等离子体；
将衬底暴露于所述等离子体，所述衬底位于衬底夹持器的顶部；
通过向所述衬底夹持器施加第一偏置来执行第一灰化步骤；以及
通过向所述衬底夹持器施加第二偏置来执行第二灰化步骤，所述第二偏置大于所述第一偏置，其中所述第二灰化步骤期间所述处理室中的室压强小于20mTorr。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述含氢气体包括H2、NH3或其组合。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述处理气体还包括惰性气体。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述惰性气体包括稀有气体、N2或其组合。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一偏置在0W和100W之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一偏置基本零。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二偏置在50W和1000W之间。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤还包括采用与所述第一灰化步骤不同的室压强、处理气体流率或所述压强和处理气体流率的组合中的至少一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一灰化步骤还包括：
检测从所述等离子体发射的光；以及
根据所述发射的光确定所述第一灰化步骤的状态。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述发射的光的检测提供了用于建立结束点的手段。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述发射的光来源于激发物质，并且代表关于所述第一灰化步骤的状态的信息。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述发射的光来源于CO、含氟物质或其组合中的至少一种。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述含氟物质是氟。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤还包括：
检测从所述等离子体发射的光；以及
根据所述发射的光确定所述第二灰化步骤的状态。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述发射的光来源于激发物质，并且代表关于所述第二灰化步骤的状态的信息。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述发射的光来源于CO、含氟物质或其组合中的至少一种。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述含氟物质是氟。
18.如权利要求1所述的方法，还包括：
检测从所述等离子体发射的光；以及
根据所述发射的光确定所述第一和第二灰化步骤的状态。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述发射的光来源于激发物质，并且代表关于所述第一和第二灰化步骤的状态的信息。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述发射的光来源于CO、含氟物质或其组合中的至少一种。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述含氟物质是氟。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤的长度在所述第一灰化步骤长度的50％和300％之间。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述处理气体的流率在5sccm和1500sccm之间。
24.如权利要求1所述的方法，其中所述含氢气体的流率在5sccm和500sccm之间。
25.如权利要求2所述的方法，其中所述含氢气体的流率在5sccm和500sccm之间。
26.如权利要求1所述的方法，其中所述第一灰化步骤中处理气体的流率在5sccm和1500sccm之间。
27.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤中处理气体的流率在5sccm和1500sccm之间。
28.如权利要求1所述的方法，其中所述处理气体的流率在所述第一和第二灰化步骤之间是不同的。
29.如权利要求1所述的方法，其中所述第一灰化步骤期间所述处理室中的压强在1mTorr和1000mTorr之间。
30.如权利要求1所述的方法，其中所述第一灰化步骤期间所述处理室中的压强在5mTorr和50mTorr之间。
31.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤期间所述处理室中的压强小于10mTorr。
32.如权利要求1所述的方法，其中所述第二灰化步骤期间所述处理室中的压强小于5mTorr。
33.如权利要求1所述的方法，其中所述处理室中的压强在所述第一和第二灰化步骤之间是不同的。
34.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括低k材料、光刻胶、或刻蚀残留物或其组合。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述低k材料包括SiOC材料。
36.如权利要求1所述的方法，其中所述生成步骤包括通过阻抗匹配网络向等离子体源的上板电极施加RF功率。
37.如权利要求36所述的方法，其中施加到所述上板电极的RF功率在500W和2200W之间。
38.如权利要求1所述的方法，其中所述生成步骤包括通过阻抗匹配网络向等离子体源的电感线圈施加RF功率。
39.如权利要求38所述的方法，其中施加到所述电感线圈的RF功率在50W和10000W之间。
40.如权利要求1所述的方法，其中所述生成步骤包括向旋转DC磁场功率源施加RF功率。
41.一种现场灰化方法，包括：
引入包含H2气体的处理气体；
通过经过阻抗匹配网络向等离子体源的上板施加RF功率在等离子体处理室中生成等离子体；
将衬底暴露于所述等离子体，所述衬底包含低k材料、光刻胶、或刻蚀残留物或其组合，并将所述衬底布置在衬底夹持器的顶部；
通过向所述衬底夹持器施加在0W和100W之间的第一偏置来执行第一灰化步骤；以及
通过向所述衬底夹持器施加在50W和1000W之间的第二偏置来执行第二灰化步骤，其中所述第二偏置大于所述第一偏置，并且所述第二灰化步骤中的室压强小于20mTorr。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述处理气体还包括稀有气体。
43.如权利要求41所述的方法，其中施加到所述上板电极的RF功率在500W和2200W之间。
CN200580046337A 2005-01-11 2005-12-02 光刻胶和刻蚀残留物的低压去除 Expired - Fee Related CN100576475C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/032,021 2005-01-11
US11/032,021 US7344993B2 (en) 2005-01-11 2005-01-11 Low-pressure removal of photoresist and etch residue

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101099234A CN101099234A (zh) 2008-01-02
CN100576475C true CN100576475C (zh) 2009-12-30

Family

ID=36653838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200580046337A Expired - Fee Related CN100576475C (zh) 2005-01-11 2005-12-02 光刻胶和刻蚀残留物的低压去除

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7344993B2 (zh)
JP (1) JP5193604B2 (zh)
KR (1) KR20070104589A (zh)
CN (1) CN100576475C (zh)
DE (1) DE112005003376B4 (zh)
TW (1) TWI310223B (zh)
WO (1) WO2006076085A2 (zh)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8193096B2 (en) 2004-12-13 2012-06-05 Novellus Systems, Inc. High dose implantation strip (HDIS) in H2 base chemistry
US8129281B1 (en) 2005-05-12 2012-03-06 Novellus Systems, Inc. Plasma based photoresist removal system for cleaning post ash residue
US20070163995A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-19 Tokyo Electron Limited Plasma processing method, apparatus and storage medium
US7740768B1 (en) * 2006-10-12 2010-06-22 Novellus Systems, Inc. Simultaneous front side ash and backside clean
US7977244B2 (en) * 2006-12-18 2011-07-12 United Microelectronics Corp. Semiconductor manufacturing process
US8435895B2 (en) 2007-04-04 2013-05-07 Novellus Systems, Inc. Methods for stripping photoresist and/or cleaning metal regions
US8003522B2 (en) * 2007-12-19 2011-08-23 Fairchild Semiconductor Corporation Method for forming trenches with wide upper portion and narrow lower portion
CN101651099B (zh) * 2008-08-14 2011-10-05 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 去除光刻胶层的方法
US8591661B2 (en) * 2009-12-11 2013-11-26 Novellus Systems, Inc. Low damage photoresist strip method for low-K dielectrics
WO2010065457A2 (en) * 2008-12-02 2010-06-10 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Method of providing a semiconductor device with a dielectric layer and semiconductor device thereof
US9601530B2 (en) 2008-12-02 2017-03-21 Arizona Board Of Regents, A Body Corporated Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Dual active layer semiconductor device and method of manufacturing the same
US9721825B2 (en) 2008-12-02 2017-08-01 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Method of providing a flexible semiconductor device and flexible semiconductor device thereof
WO2010065459A2 (en) * 2008-12-02 2010-06-10 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Method of etching organosiloxane dielectric material and semiconductor device thereof
US9991311B2 (en) 2008-12-02 2018-06-05 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Dual active layer semiconductor device and method of manufacturing the same
SG176601A1 (en) 2009-05-29 2012-01-30 Univ Arizona Method of providing a flexible semiconductor device at high temperatures and flexible semiconductor device thereof
TWI447656B (zh) 2009-11-23 2014-08-01 Inotera Memories Inc 辨識晶圓序號之方法
CN102652351B (zh) * 2009-12-11 2016-10-05 诺发系统有限公司 在高剂量植入剥除前保护硅的增强式钝化工艺
US20110143548A1 (en) 2009-12-11 2011-06-16 David Cheung Ultra low silicon loss high dose implant strip
WO2012021196A2 (en) 2010-05-21 2012-02-16 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Method for manufacturing electronic devices and electronic devices thereof
WO2012021197A2 (en) 2010-05-21 2012-02-16 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Method of manufacturing electronic devices on both sides of a carrier substrate and electronic devices thereof
US20120213941A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion-assisted plasma treatment of a three-dimensional structure
US9613825B2 (en) 2011-08-26 2017-04-04 Novellus Systems, Inc. Photoresist strip processes for improved device integrity
US9786471B2 (en) 2011-12-27 2017-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Plasma etcher design with effective no-damage in-situ ash
JP2013235912A (ja) * 2012-05-08 2013-11-21 Tokyo Electron Ltd 被処理基体をエッチングする方法、及びプラズマエッチング装置
US10381224B2 (en) 2014-01-23 2019-08-13 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Method of providing an electronic device and electronic device thereof
WO2015175353A1 (en) 2014-05-13 2015-11-19 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Method of providing an electronic device and electronic device thereof
WO2017034645A2 (en) 2015-06-09 2017-03-02 ARIZONA BOARD OF REGENTS, a body corporate for THE STATE OF ARIZONA for and on behalf of ARIZONA STATE UNIVERSITY Method of providing an electronic device and electronic device thereof
WO2015156891A2 (en) 2014-01-23 2015-10-15 Arizona Board Of Regents, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Method of providing a flexible semiconductor device and flexible semiconductor device thereof
US9514954B2 (en) 2014-06-10 2016-12-06 Lam Research Corporation Peroxide-vapor treatment for enhancing photoresist-strip performance and modifying organic films
US9741742B2 (en) 2014-12-22 2017-08-22 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Deformable electronic device and methods of providing and using deformable electronic device
US10446582B2 (en) 2014-12-22 2019-10-15 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Method of providing an imaging system and imaging system thereof
JP2019192892A (ja) * 2018-04-18 2019-10-31 東京エレクトロン株式会社 処理システムおよび処理方法
CN109742019B (zh) * 2019-01-21 2019-10-01 广东工业大学 一种利用紫外激光加工干法刻蚀中硬掩膜板的方法
US11380536B2 (en) 2020-05-05 2022-07-05 Applied Materials, Inc. Multi-step pre-clean for selective metal gap fill
US20220102138A1 (en) * 2020-09-30 2022-03-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Interconnect Structure for Semiconductor Devices

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US655447A (en) * 1899-05-13 1900-08-07 James Lyons Tray for storing eggs.
JPH05175168A (ja) * 1991-06-28 1993-07-13 Sony Corp ドライエッチング方法
US5811022A (en) * 1994-11-15 1998-09-22 Mattson Technology, Inc. Inductive plasma reactor
JP3844413B2 (ja) * 1999-08-23 2006-11-15 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP2003086569A (ja) * 2001-09-12 2003-03-20 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JP2003092287A (ja) * 2001-09-19 2003-03-28 Nec Corp アッシング方法
US6849559B2 (en) * 2002-04-16 2005-02-01 Tokyo Electron Limited Method for removing photoresist and etch residues
US7169440B2 (en) * 2002-04-16 2007-01-30 Tokyo Electron Limited Method for removing photoresist and etch residues
JP2005531927A (ja) * 2002-06-28 2005-10-20 東京エレクトロン株式会社 材料処理ツールおよびセンサデータを使用して処理性能を予測するための方法およびシステム
US7109122B2 (en) * 2002-11-29 2006-09-19 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for reducing substrate charging damage
US20040171273A1 (en) * 2003-02-28 2004-09-02 Masatoshi Oyama Specimen surface processing apparatus and surface processing method
US7176141B2 (en) * 2004-09-07 2007-02-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Plasma treatment to improve barrier layer performance over porous low-K insulating dielectrics

Also Published As

Publication number Publication date
DE112005003376T5 (de) 2008-05-15
CN101099234A (zh) 2008-01-02
DE112005003376B4 (de) 2011-10-13
JP2008527711A (ja) 2008-07-24
US20060154486A1 (en) 2006-07-13
TWI310223B (en) 2009-05-21
TW200636857A (en) 2006-10-16
KR20070104589A (ko) 2007-10-26
US7344993B2 (en) 2008-03-18
JP5193604B2 (ja) 2013-05-08
WO2006076085A2 (en) 2006-07-20
WO2006076085A3 (en) 2007-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100576475C (zh) 光刻胶和刻蚀残留物的低压去除
CN101095379B (zh) 光刻胶和刻蚀残留物的低压去除
TWI398626B (zh) 藉測量自偏壓電壓監控電漿處理系統中程序之方法及裝置
US20170032955A1 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4801045B2 (ja) ドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去する方法
KR100891754B1 (ko) 기판 처리실의 세정 방법, 기억 매체 및 기판 처리실
US20060065631A1 (en) Methods and apparatus for monitoring a process in a plasma processing system by measuring impedance
US20060065632A1 (en) Methods and apparatus for monitoring a process in a plasma processing system by measuring a plasma frequency
JP2012199576A (ja) 水素含有ラジカルによる未変性酸化物の洗浄
EP1198829A1 (en) Multiple stage cleaning process for plasma etching chambers
JP2014528642A (ja) エッチング処理条件を回復させる乾式クリーニング方法
TWI684201B (zh) 被處理體之處理方法
Jeon et al. Cleaning of wafer edge, bevel and back-side with a torus-shaped capacitively coupled plasma
JP2022146092A (ja) 基板処理方法及び基板処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091230

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee