CN101170054A - 处理基片的装置和方法及供应等离子体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理基片的装置和方法及供应等离子体的方法，有效地解决了剥离基片上的光致抗蚀剂或残渣的问题。其中装置包括第一生成单元，用于向放电空间供应第一源气体，并给供应的第一源气体放电以生成第一等离子体；第二生成单元，用于向第一等离子体的流动路径上供应第二源气体，并利用第一等离子体给供应的第二源气体放电，以生成第二等离子体；以及处理室，将第一等离子体及第二等离子体供应到处理室，并且在处理室中装载有利用第一等离子体和第二等离子体处理的目标基片。可应用于清洗处理、刻蚀工艺、表面改性工艺以及利用等离子体的所有工艺中。

Description

处理基片的装置和方法及供应等离子体的方法
相关申请的交叉参考
本专利申请要求于2006年10月27日提交的韩国专利申请10-2006-0104895的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于处理基片的装置和方法，尤其涉及一种利用等离子体处理基片的装置、利用等离子体处理基片的方法、以及供应等离子体的方法。
背景技术
在半导体制造中，利用光致抗蚀剂(photoresist)的光刻工艺(lithographyprocess)是必不可少的。光致抗蚀剂是由感光有机高分子或者感光剂与高分子的混合物组成的。在光致抗蚀剂曝光并显影后，光致抗蚀剂的图案形成于基片上。当蚀刻基片或者形成于基片上的层时，光致抗蚀剂图案将图案转录到基片上。这样的高分子被称作是光致抗蚀剂，利用光源在基片上形成精细图案的工艺被称作是光刻工艺。
在光致抗蚀剂图案用于将图案转录到基片上后，用灰化的方法将其从基片上移除。
在传统的灰化工艺中，为了移除光致抗蚀剂，当将硅片放置到加热到高温(200-300摄氏度)的加热器卡盘上时，氧化等离子体和光致抗蚀剂相互起反应。氧气(O2)被用作活性气体，另外的气体可与活性气体混合以增强灰化率。
可是，传统的灰化工艺不可避免地会遇到这样的问题，即在基片上形成氧化层或者有残渣(residue)剩余。由于氧化层或者残渣导致了有缺陷的图案，因而必须解决这些问题以改善半导体设备的性能。
发明内容
本发明的典型实施例涉及一种处理基片的装置。在典型实施例中，本装置可包括：第一生成单元，用于向放电空间供应第一源气体，并给供应的第一源气体放电以生成第一等离子体；第二生成单元，用于将第二源气体供应到第一等离子体的流动路径上，并利用第一等离子体给供应的第二源气体放电，以生成第二等离子体；以及处理室，将第一等离子体及第二等离子体供应到处理室，并且在处理室中装载有利用第一等离子体和第二等离子体处理的目标基片。
本发明的典型实施例涉及一种供应等离子体的方法。在典型实施例中，本方法可包括：给放电空间供应第一源气体，并利用放电器给供应的第一源气体放电，以生成第一等离子体；以及将第二源气体供应到第一等离子体的流动路径上，并利用第一等离子体给供应的第二源气体放电，以生成第二等离子体。
本发明的典型实施例涉及一种处理基片的方法。在典型实施例中，本方法可包括：向处理室中装入基片；在处理室中供应由第一源气体生成的第一等离子体；将第二源气体供应到第一等离子体的流动路径上；以及供应利用第一等离子体放电而生成的第二等离子体，以处理基片。
如上所述，等离子体状态下的第一源气体用于主要地剥离硅片W，在利用氧等离子体剥离硅片W上的光致抗蚀剂后，第二源气体用于剥离硅片W上的光致抗蚀剂或残渣等。因此，本发明有效地剥离(strip)基片上的光致抗蚀剂或残渣。
附图说明
图1是根据本发明的基片处理装置的示意图；
图2是显示根据本发明的基片处理方法的流程图；
图3A至图3D是显示根据本发明的基片处理方法流程的示意图；
图4A是显示利用传统基片处理装置处理基片后的状态的扫描电镜(SEM)照片；
图4B是显示根据本发明的基片处理装置处理基片后的状态的SEM照片。
具体实施方式
下面参照附图将更加详细描述本发明，附图中显示了本发明的优选实施例。然而，本发明可具体为不同的形式，并不局限于在此所述的实施例。并且，在此提供的实施例是为了使公开充分并且完整，并能完全地将本发明的范围转移到现有技术中。为清楚起见，夸大了附图中的层的厚度和区域。
硅片将被描述成基片的例子，但本发明并不局限于此。此外，将参照用于剥离硅片上的光致抗蚀剂的灰化工艺描述本发明，但本发明并不局限于此，并可应用于清洗处理、蚀刻工艺、表面改性工艺、以及利用等离子体的所有工艺中。
图1显示了根据本发明的基片处理装置1。基片处理装置1包括装有硅片(wafer)W的处理室100、以及安装于处理室100上的等离子体供应单元200，等离子体供应单元200用于向装入到处理室100中的硅片W供应等离子体。
处理室100具有形成有开口的顶部，与地平行设置的底壁、以及垂直于底壁延伸的侧壁。如图1所示，处理室100接地，以阻止处理室100上生成的等离子体中的离子进入处理室100中，这将在后面详细描述。
卡盘120设置于处理室100的内部硅片100放置在卡盘120上卡盘120设置于底壁上，且与底壁平行。卡盘120用来支撑装载的硅片W。加热器(未示出)可设置在卡盘120的内部，以将支撑的硅片W加热到预置的工艺温度。
如图1所示，卡盘120接地，以阻止处理室100上生成的等离子体中的离子进入到处理室100中，这将在后面详细描述。
多个排气孔102沿着卡盘120的圆周方向形成于卡盘120的底壁上。多个排气孔102用以降低处理过程中基片处理装置1的内部压力，或者将基片处理装置1内部生成的反应副产品排出到处理室100的外部。排气孔102连接到排气管道140，并且将处理室100内部的反应副产品排出到处理室100的外部。排气阀142安装于排气管道140上，以打开和关闭排气管道140。
等离子体供应单元200安装于处理室100上。等离子体供应单元200生成用于剥离硅片W上的光致抗蚀剂的等离子体，并向处理室100中供应生成的等离子体。等离子体供应单元200包括等离子体室220、内部管240、放电器260、扩散管280、以及挡板290。
内部管240具有形成有开口的底部、顶壁、以及从顶壁向下延伸到处理室100的侧壁。内部管240可由石英制成，放电空间242由内部管240的上表面和侧壁限定。放电空间242是外部供应的源气体放电以生成等离子体的空间。沿着第一供应管道222a(稍后描述)，将第一源气体供应到放电空间242。第一源气体通过连接到内部管240侧壁的放电器260放电。在放电空间242中，等离子体由第一源气体生成。生成的等离子体经过形成于处理室100下面的开口移往处理室100中。
第一流入孔244形成于内部管240的上壁，并且第一源气体经过第一流入孔244而流入到放电空间242中。
等离子体室220环绕着内部管240的外侧。如后所述，等离子体室220可从外部隔离出生成第一等离子体和第二等离子体的空间，以使隔离出的空间是真空的。等离子体室220包括与内部管240的顶壁相对应的顶壁，以及与内部管240的侧壁相对应的侧壁。第一通孔222形成于等离子体室220的顶壁上，以与第一流入孔244相对应。第一供应管道222a与第一通孔222连接，并且第一源气体沿着第一供应管道222a流动。第一阀22b安装于第一供应管道222a上，以打开和关闭第一供应管道222a。
第二流入孔224形成于等离子体室220的较低侧壁上。第二源气体经过第二流入孔224流入到等离子体室220中。第二供应管道224a与第二流入孔224连接，并且第二源气体沿着第二供应管道224a流动。第二阀224b安装于第二供应管道224a上，以打开和关闭第二供应管道224a。
第二流入孔224布置在内部管240的较低端部上。相应地，第二源气体经过第二流入孔224供应到等离子体室220内，并且供应到第一等离子体移动的路径上。这是为了利用第一等离子体的能量，从第二源气体生成第二等离子体而进行的。
第二通孔226形成于等离子体室220的另一侧。放电器226与第二通孔226连接，并用于给供应到放电空间242的第一源气体放电。放电器260包括用于振荡微波的微波振荡器262和用于传送微波的波导264。波导264的一侧与微波振荡器262连接，其另一侧经过第二通孔226与内部管240连接。第二通孔226邻近于第一流入孔244安装，其使得微波由波导264传送，以使经过第一流入孔244供应到放电空间242上的第一源气体放电，并在放电空间242上生成第一等离子体。
尽管本实施例是以此为特征的，即放电空间242上的第一源气体是利用微波振荡器262和波导264放电的，但是对本领域技术人员来说，很明显，对放电器260可做不同替换。
如图1所示，扩散管280连接到等离子体室220的底部，并且扩散管280的底部连接到处理室100的顶端。由于扩散管280具有向上的锥形横截面，因此，第一等离子体和第二等离子体经过形成于等离子体室220的底部的开口，沿着扩散管280排出到等离子体室220的外部。挡板290安装于扩散管280和处理室100之间。由于在挡板292上形成了多个通孔292，因此，经过扩散管280移往处理室100中较低部位的第一等离子体和第二等离子体，均被供应到硅片W上。
在包含于等离子体的元素中，游离基(free radical)和离子(ion)主要和利用等离子体的工艺有关。游离基具有不完全结合，并且是电中性的。由于不完全结合(binding)，游离基的反应性(reactivity)相当高。代表性的，游离基与硅片W上的材料发生化学反应以完成处理过程。然而，离子呈现为需依靠在预定方向上的电位差来加速的负电荷，并且离子与硅片W上的材料发生化学反应来完成处理过程。
游离基和离子同样包含在经过扩散管280在挡板290上移动的第一等离子体和第二等离子体中。游离基移动于硅片W之上，以与硅片W上的光致抗蚀剂发生化学反应，而具有预定电荷的离子则朝着硅片W的方向被加速，并且与硅片W上的光致抗蚀剂碰撞来产生物理反应。在加速的离子与除光致抗蚀剂之外的图案碰撞的情况下，可能产生振动以侵蚀精细图案。硅片W上的图案呈现为为了下一处理过程的预置电荷。然而，在离子与硅片W上的图案碰撞的情况下，图案的预置电荷量可以变化，而影响下一处理过程。
为了克服上述缺陷，如图1所示，挡板290是接地的。于挡板290上移动的第一等离子体和第二等离子体中的游离基经过形成于挡板290上的通孔292于硅片W上移动，而此处的离子通过接地的挡板290被隔离，以阻止其到达硅片W。也即，由于只有游离基到达硅片W，硅片W不会被离子侵蚀。
现结合图2到图3D描述基片处理方法。
将硅片W装入到处理室100中(S10)。装入的硅片W放置在卡盘120上。如上所述，加热器(未示出)可设置于卡盘120的内部，并用于将硅片W加热到处理温度。
打开第一供应管道222a上的第一阀222b，并且，在内部管内部的放电空间242内，经过第一供应管道222a供应第一源气体(S20)。经过内部管240的第一流入孔244，将第一源气体供应到放电空间242中。
如图3A所示，放电空间242中的第一源气体利用放电器260放电(S30)。由微波振荡器262的振荡产生的微波，经过波导264传送到内部管240的外壁。放电空间242中的第一源气体通过传送的微波放电，以由第一源气体生成第一等离子体。
在放电空间242中供应第一源气体之前，放电空间242必须保持在真空状态。由于这个原因，当放电空间242保持真空时，通过设置于处理室100底壁的排气孔102和排气管道140，降低放电空间242的内部压力。
如图3B所示，产生的第一等离子体，以经过第一流入孔244供应的第一体源气体的流动方向，经过扩散管280向下移动。就此，如前所述，由于设置在扩散管280底端的挡板290是接地状态，第一等离子体中的游离基○经过多个通孔292于硅片W上移动，而第一等离子体中的离子被挡板290隔离。移动于硅片W上的游离基，与硅片W上的光致抗蚀剂发生反应，以剥离大部分的光致抗蚀剂(S40)。
如上所述，等离子体状态下的第一源气体用于主要地剥离硅片W。第一源气体可以是氧气(O2)或混合气体。混合气体可以是氧气(O2)和氮气(N2)，或氧气(O2)和H2N2，以增强灰化工艺的效率。此外，不同种类的气体可以作为第一源气体。特别地，多种气体可用于剥离硅片W上的光致抗蚀剂，这可被本领域技术人员理解。
如图3C所示，在放电空间242中生成第二源气体后，第二源气体经过形成于内部管240底部的开口供应到第一等离子体被向下排出的流动路径上(S50)。当利用第二阀224b打开第二供应管道224a后，通过第二供应管道224a将第二源气体供应到第一等离子体的流动路径上。
通过吸收来自微波的能量而生成的第一源气体，具有高能量级，并且供应到第一等离子体的流动路径上的第二源气体，通过使用第一等离子体传递的能量而吸收能量。因而，第二源气体生成第二等离子体(S60)。
如图3D所示，生成的第二等离子体，以通过第一流入孔244供应第一源气体的流动方向，通过扩散管280向下移动。就此，如前所述，由于设置于扩散管280底端的挡板290是接地状态，第二等离子体中的游离基口，经过多个通孔292移动于硅片W之上，而第二等离子体中的离子■被挡板290隔离。移动于硅片W上的游离基，与硅片W上的光致抗蚀剂发生反应，以补充性地剥离光致抗蚀剂以及反应副产品(S70)。
如上所述，在利用氧等离子体剥离硅片W上的光致抗蚀剂后，第二源气体用于剥离硅片W上的光致抗蚀剂或残渣等。如上所提及的，通过第二源气体放电生成而第二等离子体，利用第二等离子体移除硅片W上的残渣或其类似物。第二源气体可以是氟基气体(fluorine-based gas)(例如，CF4或CHF3)，并且比第一源气体具有高反应性(例如灰化率)。本实施例是以使用氟基气体为特征的，可以变化为使用其他气体，这对本领域技术人员来说是显然的。
然而，即使是少量额外的第二源气体也可以损坏或侵蚀硅片W上的图案，并且可使得在等离子体生成的过程中，生成有等离子体的室被损坏。因此，第二源气体被间接放电。
如下所述，存在给第二源气体间接放电的两个原因。
第一，当比第一源气体具有高反应性的第二源气体，通过放电器260被直接放电时，通过直接放电生成的第二等离子体具有相当高的能量。如果此相当高的能量供应到硅片W上，可能损坏或侵蚀硅片W上的图案。可是，当第二源气体被间接放电时，通过间接放电生成的第二源气体，与通过直接放电生成的第二源气体相比，具有较低的能量。因此，可以降低对图案的影响。
第二，当比第一源气体具有高反应性的第二源气体，在由石英组成的内部管240的内部被直接放电时，可能损坏内部管240。
为解决上述问题，第二源气体在内部管240的外部被间接地放电，以生成第二等离子体。
图4A是显示利用传统基片处理装置处理硅片W后的状态的扫描电镜(SEM)照片，图4B是显示根据本发明的基片处理装置处理硅片W后的状态的SEM照片。
如上所述，通过直接放电生成的第二等离子体具有相当高的能量。因此，如图4A所示，当第二等离子体供应到硅片W上时，硅片W上的图案被损坏或侵蚀。然而，通过间接放电生成的第二等离子体具有相对低的能量，因此避免损坏或侵蚀硅片W上的图案。
根据本发明，有效地剥离基片上的光致抗蚀剂或残渣。此外，抑制了基片上图案的损坏或内部管的损坏。
尽管结合显示在相应附图中的实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于此。对熟悉本领域的技术人员来说，可作出不脱离本发明范围或精神而进行的各种替换、修改和改变是显然的。

Claims (27)

1.一种处理基片的装置，包括：
第一生成单元，用于向放电空间供应第一源气体，并给供应的第一源气体放电以生成第一等离子体；
第二生成单元，用于向所述第一等离子体的流动路径上供应第二源气体，并利用第一等离子体给供应的第二源气体放电，以生成第二等离子体；以及
处理室，将所述第一等离子体及所述第二等离子体供应到所述处理室，所述处理室中装载有利用所述第一等离子体和所述第二等离子体处理的目标基片。
2.根据权利要求1所述的处理基片的装置，其中，所述第一生成单元包括：
内部管，设置在所述处理室的一侧，并用于确定生成所述第一等离子体的所述放电空间；
放电器，连接到所述内部管，并用于给所述放电空间中的所述第一源气体放电；以及
第一供应管道，连接到所述内部管，并用于向所述放电空间供应所述第一源气体。
3.根据权利要求2所述的处理基片的装置，其中，所述第二生成单元设置在所述内部管和所述处理室之间，并且所述第二生成单元包括第二供应管道，所述第二供应管道用于向所述第一等离子体的流动路径上供应所述第二源气体。
4.根据权利要求3所述的处理基片的装置，其中，所述第二供应管道包括气体供应管道，所述气体供应管道用于供应比第一源气体具有更高反应性的第二源气体。
5.根据权利要求4所述的处理基片的装置，其中，所述气体供应管道用于供应氟基气体。
6.根据权利要求5所述的处理基片的装置，其中，所述氟基气体包括CF4和CHF3中的至少一个。
7.根据权利要求2所述的处理基片的装置，进一步包括：
扩散管，设置于所述等离子体室和所述处理室之间，所述扩散管具有向上锥形的横截面。
8.根据权利要求2所述的处理基片的装置，进一步包括：
挡板，设置于所述等离子体室和所述处理室之间，在所述挡板上形成有多个通孔。
9.根据权利要求8所述的处理基片的装置，其中，所述挡板接地。
10.根据权利要求2所述的处理基片的装置，其中，所述第一供应管道包括用于供应氧气的氧气供应管道。
11.根据权利要求1所述的处理基片的装置，其中，所述处理室位于所述第一生成单元和所述第二生成单元的下面；并且，
其中，所述第一等离子体和所述第二等离子体通过下游的方法被供应到所述处理室中。
12.根据权利要求1所述的处理基片的装置，其应用在灰化工艺中。
13.一种供应等离子体的方法，所述方法包括：
向放电空间供应第一源气体，并利用放电器给供应的第一源气体放电，以生成第一等离子体；以及
将第二源气体供应到所述第一等离子体的流动路径上，并利用所述第一等离子体给供应的第二源气体放电，以生成第二等离子体。
14.根据权利要求13所述的供应等离子体的方法，其中，所述第二源气体被供应到所述第一等离子体的从所述放电空间排出的流动路径上。
15.根据权利要求13所述的供应等离子体的方法，其中，所述第二源气体比第一源气体具有更高的反应性。
16.根据权利要求13所述的供应等离子体的方法，其中，经过形成于挡板上的多个通孔供应所述第一等离子体和所述第二等离子体。
17.根据权利要求16所述的供应等离子体的方法，其中，所述挡板是接地的，并且所述第一等离子体和所述第二等离子体中的离子通过所述挡板过滤。
18.一种处理基片的方法，所述方法包括：
将基片装入处理室中；
在所述处理室中供应由第一源气体生成的第一等离子体；
将第二源气体供应到所述第一等离子体的流动路径上；以及
供应利用所述第一等离子体放电而生成的第二等离子体，以处理基片。
19.根据权利要求18所述的处理基片的方法，其中，通过利用放电器给供应到放电空间的所述第一源气体放电，以生成所述第一等离子体。
20.根据权利要求19所述的处理基片的方法，其中，第二源气体供应到第一等离子体的从所述放电空间排出到所述处理室的流动路径上。
21.根据权利要求18所述的处理基片的方法，其中，所述第一等离子体和所述第二等离子体通过形成于挡板上的多个通孔供应。
22.根据权利要求21所述的处理基片的方法，其中，所述挡板是接地的，并且所述第一等离子体和所述第二等离子体中的离子通过所述挡板过滤。
23.根据权利要求18所述的处理基片的方法，其中，所述第二源气体比所述第一源气体具有更高的反应性。
24.根据权利要求23所述的处理基片的方法，其中，所述第二源气体包括氟基气体。
25.根据权利要求24所述的处理基片的方法，其中，所述氟基气体包括CF4和CHF3中的至少一个。
26.根据权利要求18所述的处理基片的方法，其中，所述第一等离子体和所述第二等离子体通过下游的方法被供应到所述处理室中。
27.根据权利要求18所述的处理基片的方法，其应用在灰化工艺中。
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