DE69933025T2

DE69933025T2 - Reinigungsflüssigkeit und reinigungsverfahren für halbleiterbearbeitungsmaschinenkomponente

Info

Publication number: DE69933025T2
Application number: DE69933025T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Fujisawa-shi HIROTA; Hitoshi Yokosuka-shi YAMADA; Kiyoshi Yuasa; Eiji Yamaguchi; Shinichi Kawaguchi; Daita-Nansei-Heights Takahiro 307 SHIMODA; Nobuyuki Nagayama
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: TW436881B; KR100568381B1; KR20010043824A; US6805135B1; EP1083219A4; WO1999061573A1; DE69933025D1; EP1083219A1; JP4398091B2; EP1083219B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reinigungslösung und auf Reinigungsverfahren für eine Komponente einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern. Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Reinigungslösung und ein Reinigungsverfahren zum Entfernen eines Nebenproduktes, das aus den zersetzten Substanzen eines Prozeßgases, das C und F enthält, erhalten wird und auf einer Komponente einer Halbleiterprozeß-Vorrichtung abgelagert ist. Halbleiterprocessing bzw. Behandeln von Halbleitern bezeichnet hier eine Vielfalt von Prozessen, die ausgeführt werden, um Halbleitervorrichtungen an Zielsubstraten wie z.B. Halbleiterwafer oder LCD-Substrate und Strukturen, die Zwischenverbindungen und Elektroden, die mit Halbleitervorrichtungen verbunden sind, durch Ausbildung von Halbleiterschichten, isolierenden Schicht, leitfähigen Schichten und dgl. in vorbestimmten Mustern auf den Zielsubstraten herzustellen.
Ätzen ist einer der Haupt-Halbleiterprozesse. Ätzen wird unter Verwendung einer Ätzvorrichtung durchgeführt, die eine Prozeßkammer hat, in der eine obere Elektrode einer unteren Elektrode (Susceptor) gegenüber angeordnet ist. Um einen Siliciumoxid(SiO₂)-Film auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers in dieser Ätzvorrichtung zu ätzen, wird ein Wafer, der als Targetsubstrat dient, auf die untere Elektrode gelegt. In diesem Zustand wird RF-Strom (Hochfrequenzstrom) an die untere Elektrode angelegt, während ein Prozeßgas auf Fluorkohlenstoff-Basis (einschließlich eines auf Fluorkohlenwasserstoff-Basis), d.h. Prozeßgas auf CF-Basis, z.B. CF₄, in die Prozeßkammer eingeführt wird. Mit diesem Arbeitsgang wird das Prozeßgas in Plasma umgewandelt und der Siliciumoxid-Film wird durch dieses Plasma anisotrop geätzt.
Bei diesem Ätzen werden Charakteristika wie zum Beispiel Ätzanisotropie und Ätzrate kontrolliert, indem die CF-basierte Ablagerung, die aus den zersetzten Substanzen des Prozeßgases produziert wird, verwendet wird. Spezifischer ausgedrückt, die chemischen und physikalischen Wirkungen, die auf dem Siliciumoxid-Film durch die aktiven Spezies und Ionen aus dem Plasma ausgeübt werden, werden durch die CF-basierte Ablagerung auf dem Teil, der geätzt werden soll, zum Beispiel die Innenseite eines Kontaktlochs, kontrolliert. Das heißt, CF-basierte Produkte sind im Ätzprozeß essentiell und auch CF-basierte Nebenprodukte lagern sich an verschiedenen Komponenten in der Prozeßkammer ab.
Einige Ätzapparaturen dieses Typs umfassen einen Klemmring zur Fixierung eines Zielsubstrats, zum Beispiel eines Halbleiterwafers, an einer unteren Elektrode und einen Fokussierring, um zu bewirken, daß ein in der Prozeßkammer produziertes Plasma auf den Wafer in einem gewünschten Zustand auftrifft. Eine Prallplatte ist um die untere Elektrode angeordnet, um die Leitfähigkeit in der Prozeßkammer einzustellen. Ein die Wand schützendes Element ist entlang der Seitenwand angeordnet, um die Innenseite der Prozeßkammer zu schützen. Die oben genannten CF-basierten Nebenprodukte lagern sich kumulativ an all diesen Komponenten ab.
Eine aus einem CF-basierten Nebenprodukt gebildete Ablagerung löst sich ab, wenn sie eine bestimmte Dicke erreicht, wodurch Partikel produziert werden. Dies vermindert die Ausbeute an Halbleitervorrichtungen. Aus diesem Grund müssen diese Komponenten gereinigt werden, um die Ablagerung zu entfernen, bevor die Ablagerung sich ablöst. Um die Ausfallzeit der Apparatur zu verringern, werden Komponenten, auf denen sich leicht ein CF-basiertes Nebenprodukt ablagert, im allgemeinen aus Komponenten aufgebaut, die einfach auszutauschen sind. Komponenten mit einem CF-basierten Nebenprodukt, das darauf abgelagert ist, werden nach Verwendung für einen vorbestimmten Zeitraum den Prozeßkammern entfernt und neue gereinigte entsprechende Komponenten werden an den entsprechenden Positionen befestigt.
Herkömmlicherweise werden Komponenten mit einer Ablagerung aus einem CF-basierten Nebenprodukt, die daran befestigt waren, entfernt und in Lösungsmittel auf Fluorbasis (z.B. Perfluorkohlenstoff: PFC) oder Aceton eingetaucht, um die Ablagerung aufzuquellen. Dann werden die Komponenten in reinem Wasser mit Ultraschall behandelt, um die Ablagerung abzulösen, und auf diese Weise gereinigt.
Da bei der obigen Reinigung das CF-basierte Nebenprodukt durch Quellen und Ablösen der Ablagerung entfernt wird, bleibt eine große Zahl feiner CF-basierter Nebenprodukt-Partikel auf mikroskopischem Level auf den Komponenten zurück, selbst nach dem sie gereinigt wurden. Die feinen CF-basierten Nebenproduktpartikel werden durch RF-Entladung abgelöst und auf dem Wafer in Form von Partikeln abgeschieden.
Beim Ätzen dieses Typs wird ein sogenanntes "Seasoning" zur Verarbeitung einer Reihe von Blindwafern (10 bis 25 Blindwafer) durchgeführt, nachdem die gereinigten Komponenten in die Prozeßkammer eingebaut wurden. Dieses "Seasoning" führt zu einer Beschichtung der feinen Reste, die auf den Komponenten zurückbleiben, mit einem neuen CF-basierten Nebenprodukt, wodurch die Erzeugung von Partikeln unter einen vorgeschriebenen Wert gedrückt wird. Die Zeit (1 bis 2 Stunden) zum Behandeln der Blindwafer erhöht die Ausfallzeit der Apparatur beträchtlich.
Die Verwendung von PFC oder Aceton erfordert mehrere Tage, um die Komponenten mit der daran haftenden Ablagerung aus CF-basierter Ablagerung zu reinigen. Dies führt zu einer sehr niedrigen Arbeitseffizienz. Außerdem hat PFC einen viel größeren Erderwärmungskoeffizienten als CO₂, obgleich PFC chemisch stabil und einfach zu handhaben ist. Aceton ist ein Material, das für den Menschen toxisch ist und einen niedrigen Flammpunkt hat. Aceton erfordert daher hochentwickelte Einstellungen für die Verwendungsumgebung und hohe Kosten bei der Lagerung und Handhabung.
DE 4228641 C1 beschreibt eine Reinigungszusammensetzung, umfassend (a) 0,001–10 Gew.% eines cyclischen, linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffs, der wenigstens eine Alkenyl- und/oder Alkinyl-Einheit in einem Molekül und wenigstens eine Hydroxyl-Gruppe in einem Molekül hat und einen Siedepunkt bei Standarddruck von 50–200°C hat, (b) 5-60 Gew.% eines Lactams oder Lactons einer aliphatischen Carbonsäure mit 5 bis 6 Ringatomen und (c) 10–70 Gew.% einer Polyether-Verbindung, die eine Hydroxyl-Gruppe in einem Molekül hat.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der herkömmlichen Probleme, die oben beschrieben wurden, gemacht, und eine Aufgabe derselben besteht in der Bereitstellung einer Reinigungslösung und eines Reinigungsverfahrens für eine Komponente einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern, in dem ein CF-basiertes Nebenprodukt effizient und zuverlässige entfernt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Reinigungslösung und eines Reinigungsverfahrens für eine Komponente einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern, die hochsicher sind und kaum eine Zerstörung der Erdumgebung bewirken.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Reinigungslösung zum Entfernen eines Nebenprodukts, das aus einer zersetzten Substanz eines Prozeßgases, das C und F enthält, erhalten wird und auf einer Komponente in einer Prozeßkammer einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern zum Unterwerfen eines Zielsubstrats einem Halbleiterprozeß mit dem Prozeßgas abgelagert wird, wobei die Reinigungslösung N-Methyl-2-pyrrolidon, Ethylenglykolmonobutylether, Tensid und Wasser umfaßt.
Nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Reinigungslösung des ersten Aspekts einen Alkalimetallgehalt von weniger als 10 ppb.
Nach dem dritten Aspekt der Erfindung ist in der Reinigungslösung des ersten oder zweiten Aspekts Wasser mit einem Gehalt von 5 bis 20 Gew.% enthalten.
Nach dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Reinigungslösung nach einem der ersten bis dritten Aspekte das Tensid mit einem Gehalt von 0,1 bis 1,0 Gew.%.
Nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Tensid in der Reinigungslösung gemäß dem fünften Aspekt Fluor.
Nach dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Reinigungslösung nach einem der ersten bis fünften Aspekte der Gesamtgehalt an N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether 80 bis 90 Gew.% und das Verhältnis des Gehalts an N-Methyl-2-pyrrolidon zu dem Gesamtgehalt an N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether ist 0,75 bis 0,95.
Nach dem siebten Aspekt der vorliegende Erfindung wird ein Reinigungsverfahren zum Entfernen eines Nebenproduktes, das aus einer zersetzten Substanz eines Prozeßgases, das C und F enthält, erhalten wird und auf einer Komponente in einer Prozeßkammer einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern zum Unterwerfen eines Zielsubstrats einem Halbleiterprozeß mit einem Prozeßgas abgelagert wird, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Entfernen der Komponente bzw. des Bauteils aus der Prozeßkammer; und Eintauchen des Bauteils in ein Bad der Reinigungslösung nach einem der Aspekte 1 bis 6.
Nach dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in dem Reinigungsverfahren nach dem siebten Aspekt die Komponente bzw. das Bauteil in das Bad der Reinigungslösung eingetaucht, während das Bauteil in einem Käfig mit 10 000 bis 250 000 Öffnungen pro 0,0006451 m² gelagert wird.
Nach dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Bauteil in dem Reinigungsverfahren nach dem siebten oder achten Aspekt in das Bad der Reinigungslösung eingetaucht, während die Temperatur der Reinigungslösung auf 50 bis 80°C eingestellt ist.
Nach dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zum Behandeln von Halbleitern im Reinigungsverfahren nach einem der Aspekte 7 bis 9 das Ätzen einer Schicht, die im wesentlichen aus Siliciumoxid besteht, auf dem Zielsubstrat unter Verwendung des Prozeßgases.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleiters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das die experimentellen Resultate bezüglich der Oberflächenspannung einer Reinigungslösung gemäß der Erfindung zeigt, und
3 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem ein Bauteil bzw. eine Komponente mit einer Ablagerung aus einem CF-basierten Nebenprodukt, die daran anhaftet, in einer Reinigungslösung eingetaucht ist.
Bester Modus zur Durchführung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ausgedehnte Studien durch viele Experimente über optimale Reinigungsmittel zur Entfernung CF-basierter (z.B. Fluorkohlenstoff-basierter) Ablagerungen auf einer Komponente einer Vorrichtung zur Behandlung von Halbleitern im Verfahren zur Entwicklung der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Als Resultat gelangten die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu den folgenden Feststellungen.
Es wird angenommen, daß ein CF-basiertes Nebenprodukt, das in einer Vorrichtung zum Ätzen eines Siliciumoxid-Films mit einem CF-basierten Gas produziert wird, eine Molekularstruktur hat, die fast dieselbe wie die eines Fluorkohlenstoffharzes ist. Es wird angenommen, daß das Fluorkohlenstoffharz bei hohen und niedrigen Temperaturen sehr stabil ist, chemisch inaktiv ist und durch ein Lösungsmittel, zum Beispiel Alkohol, Keton oder Ester nicht verändert wird.
In einigen Experimenten wurde allerdings ein Bauteil mit einem CF-basierten Nebenprodukt darauf abgelagert, nachdem es in einer Prozeßkammer einer Ätzvorrichtung dieses Typs verwendet worden war, mit einem Lösungsmittelgemisch (hauptsächlich enthaltend N-Methyl-2-pyrrolidon (im folgenden auch als NMP bezeichnet)) aus NMP und Ethylenglykolmonobutylether (auch 2-Butoxyethanol oder Butylcellosoly genannt) gereinigt, und es wurde festgestellt, daß das CF-basierte Nebenprodukt auf dem Bauteil bzw. auf der Komponente gelöst wurde. N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether sind als Lösungsmittel bekannt, die eine Vielzahl synthetischer Harzmaterialien gut lösen, und sie werden in einer Vielzahl von Gebieten eingesetzt. Diese Lösungsmittel sind auch als Lösungsmittel bekannt, die Fluorkohlenstoffharze nicht auflösen.
Da das CF-basierte Nebenprodukt, das in der Ätzvorrichtung dieses Typs produziert wird, Fluorkohlenstoffharzen ähnlich ist, wie oben beschrieben wurde, scheint das obige Phänomen im Gegensatz zu diesem Wissen zu stehen. Um zu bestätigen, daß dieses Lösungsphänomen verallgemeinert werden kann, wurden Experimente an CF-basierten Nebenprodukten durchgeführt, welche unter verschiedenen Bedingungen in einer Ätzvorrichtung dieses Typs produziert wurden. Als Resultat wurde bestätigt, daß alle CF-basierten Nebenprodukte in einem Lösungsmittelgemisch aus NMP und 2-Butoxyethanol mit einem gegebenen Mischungsverhältnis gelöst wurden. Auch wenn eine Fluorkohlenstoffharzkomponente bzw. ein Fluorkohlenstoffharz-Bauteil mit den CF-basierten Nebenprodukt darauf abgelagert in eine Lösungsgemisch aus NMP und 2-Butoxyethanol eingetaucht wurde, wurde nur das CF-basierte Nebenprodukt in geeigneter Weise gelöst und entfernt und die Fluorkohlenstoffharzkomponente wurde im wesentlichen nicht beschädigt.
Der Mechanismus, nach dem das CF-basierte Nebenprodukt, von dem angenommen wird, daß es fast die gleiche Molekülstruktur wie die von Fluorkohlenstoffharzen hat, in dem Lösungsgemisch aus NMP und 2-Butoxyethanol gelöst wird, ist nicht klar. Ein möglicher Grund ist der, daß eine CF-basierte Schicht, die als das Nebenprodukt abgelagert wurde, eine Molekülstruktur hat, die sich beträchtlich von der eines Idealzustandes unterscheidet. In jedem Fall eröffnen die Studien der Erfinder der vorliegenden Erfindung einen neuen Weg, der durch das herkömmliche Wissen niemals geöffnet wurde, für eine Reinigungslösung zum Entfernen eines CF-basierten Nebenprodukts, das auf einer Komponente bzw. einem Bauteil einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern abgelagert wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Reinigungslösung auf der Basis der obigen Feststellungen hergestellt und wird zur Entfernung eines Nebenproduktes, das aus einer zersetzten Substanz eines Prozeßgases, das C und F enthält, erhalten wird und auf einer Komponente in einer Prozeßkammer einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern zum Unterwerfen eines Zielsubstrats einem Halbleiterprozeß mit dem Prozeßgas abgelagert wird. Die Reinigungslösung enthält N-Methyl-2-pyrrolidon (d.h. NMP), Ethylenglykolmonobutylether (d.h. 2-Butoxyethanol oder Butylcellosolv), ein Tensid und Wasser.
Der Gehalt an Alkalimetall in der Reinigungslösung ist vorzugsweise so eingestellt, daß er weniger als 10 ppb ist. Dies kann verhindern, daß das Alkalimetall an der Komponente oder dem Bauteil der Vorrichtungshalbleiter während der Reinigung anhaftet, und kann auch verhindern, daß ein Zielsubstrat, zum Beispiel ein Halbleiterwafer, kontaminiert wird, wenn diese Komponente bzw. dieses Bauteil wieder in der Prozeßkammer verwendet wird.
Der Gesamtgehalt an NMP und 2-Butoxyethanol in der Reinigungslösung wird vorzugsweise auf 80 bis 90 Gew.% eingestellt. Das Gewichtsverhältnis des Gehalts an NMP zu dem Gesamtgehalt an NMP und 2-Butoxyethanol wird vorzugsweise auf 0,75 bis 0,95, bevorzugt auf 0,8 bis 0,9 und noch bevorzugter auf 0,82 bis 0,86 eingestellt. Die CF-basierten Nebenprodukte wurden in Experimenten, in denen die Zusammensetzung der Reinigungslösung in verschiedener Weise verändert wurde, hauptsächlich indem das Mischungsverhältnis von NMP und 2-Butoxyethanol verwendet wurde, in diesen Bereichen in geeigneter Weise gelöst. Es wurden auch Experimente durchgeführt, wenn die Reinigungslösung kein NMP oder 2-Butoxyethanol enthielt; dies führte dazu, daß die Löslichkeit des CF-basierten Nebenproduktes im Vergleich zu einem Lösungsgemisch aus NMP und 2-Butoxyethanol niedrig war.
Das Tensid dient dazu, die Oberflächenspannung einer Reinigungslösung zu verringern und die Reinigungslösung leicht in die Kontaminante eindringen zu lassen. Ein Tensid zur Minimierung der Oberflächenspannung von NMP und 2-Butoxyethanol wird vorzugsweise eingesetzt. Diesbezüglich wurden die Oberflächenspannungen von NMP, das mit einem siliciumhaltigen Tensid SS versetzt war, und von NMP, das mit einem fluorhaltigen Tensid SS versetzt war, gemessen.
2 ist ein Diagramm, das die experimentellen Resultate über die Oberflächenspannungen zeigt. In 2 ist der AW-Gehalt jedes Tensids auf der Abszisse aufgetragen, während die Oberflächenspannung ST auf der Ordinate aufgetragen ist. Eine gestrichelte Linie L1 stellt einen Fall dar, in dem siliciumhaltiges Tensid zugesetzt ist, während eine durchgezogene Linie L2 den Fall darstellt, in dem das fluorhaltige Tensid zugesetzt ist. Wie in 2 gezeigt ist, enthält nach dem Experiment offensichtlich das Tensid, das der Reinigungslösung zugesetzt werden soll, vorzugsweise Fluor, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Reduzierung der Oberflächenspannung der Reinigungslösung.
Der Gehalt an Tensid in der Reinigungslösung ist vorzugsweise auf 0,1 bis 1,0 Gew.% eingestellt. Wie in 2 gezeigt ist, kann, wenn der Gehalt an Tensid 0,1 Gew.% oder mehr ist, der Effekt einer Reduzierung der Oberflächenspannung der Reinigungslösung erzielt werden, während die Oberflächenspannung mit einer Zunahme im Gehalt nicht viel verringert wird. Wenn der Gehalt an Tensid 1 Gew.% übersteigt, bleiben punktartige "Flecken" auf dem Substrat nach Reinigung zurück. Da das Tensid teuer ist, ist sein Gehalt so niedrig wie möglich, um auch die Kosten der Reinigungslösung zu reduzieren.
Die Reinigungslösung enthält außerdem Wasser. In diesem Fall ist der Wassergehalt in der Reinigungslösung vorzugsweise auf 5 bis 20 Gew.% eingestellt. Da NMP und 2-Butoxyethanol Flammpunkte haben, kann Wasser, das der Reinigungslösung zugesetzt wird, die Flammpunkte eliminieren. Die Reinigungslösung kann dann als "nicht gefährlicher Artikel" gehandhabt werden und dadurch werden Lagerung und Handhabung erleichtert. Wenn der Wassergehalt weniger als 5 Gew.% ist, wird die Reinigungslösung noch einen Flammpunkt haben. Wenn der Wassergehalt 20 Gew.% übersteigt, nimmt die Löslichkeit von CF-basierten Nebenprodukten ab.
Wasser in der Reinigungslösung kann auch eine Wirkung des Absorbierens anorganischer Salze, zum Beispiel ein Alkalimetall, das als Verunreinigung für das Zielsubstrat dient, haben. Raffiniertes Wasser bzw. gereinigtes Wasser, aus dem anorganische Salze entfernt sind, wird bevorzugt als Wasser verwendet. Das raffinierte Wasser hat einen geringeren Gehalt als anorganischen Salzen als reines Wasser, wie es in Tabelle 1 unten gezeigt ist. Tabelle 1

(Einheit: ppb, ND: unter der unteren Detektionsgrenze)

Ein Reinigungsverfahren für ein Bauteil bzw. eine Komponente einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern, das eine solche Reinigungslösung verwendet, wird nun beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ätzvorrichtung 100 mit Komponenten, die mit einer Reinigungslösung gemäß der vorliegenden Erfindung zu reinigen sind, zeigt.
Eine Prozeßkammer 102 der Ätzvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, ist aus einem leitenden Metall, zum Beispiel Al (Aluminium), unter Bildung eines Prozeßraums 104 in der Prozeßkammer 102 hergestellt. Ein Susceptor (untere Elektrode) 106 zum Tragen eines Halbleiterwafers W ist in der Prozeßkammer 102 angeordnet. Der Susceptor 106 ist durch ein isolierendes Element 108 in der Prozeßkammer 102 fixiert. Eine Prallplatte 110, die eine Reihe von Durchgangslöchern 110a hat und geerdet ist, ist um den Susceptor 106 befestigt. Durch den Susceptor 106 und die Prallplatte 110 wird ein Plasma in dem Prozeßraum 104 beschränkt. Ein Klemmring 112 ist angeordnet, um den peripheren Rand des Wafers W zu halten, der auf dem Susceptor 106 plaziert ist. Ein Fokussierring 114 zur Fokussierung eines elektrischen Felds auf den Wafer W ist um den Wafer W angeordnet. Eine RF-Energieversorgung 116 zur Ausgabe von RF-Energie ist an den Susceptor 106 angeschlossen.
Eine obere Elektrode 118, die als Gegenelektrode zu dem Susceptor 106 dient, ist in einer Position in der Prozeßkammer 102 angeordnet, in der sie der Trägeroberfläche des Susceptors 106 gegenüberliegt. Die obere Elektrode 118 ist durch einen peripheren Ring 120, der um die obere Elektrode 118 angeordnet ist und durch die Prozeßkammer 102 geerdet ist, an der Prozeßkammer 102 fixiert. Eine Reihe von Gasauslaßlöchern 118a, die mit einer Gasquelle (nicht gezeigt) verbunden sind, sind in der oberen Elektrode 118 ausgebildet. Ein Prozeßgas, z.B. ein Gasgemisch aus CF₄ und Ar wird durch Gasauslaßlöcher 118a in den Prozeßraum 104 eingeführt. Die Atmosphäre in dem Prozeßraum 104 wird durch die Durchgangslöcher 110a der Prallplatte 110 und dem Spalt zwischen der Prallplatte 110 und der inneren Wandfläche des Prozeßraums 104 evakuiert. Die innere Oberfläche der Prozeßkammer 102 ist mit einem die Wand schützenden Element 122 in Übereinstimmung mit dem Prozeßraum 104 bedeckt, um zu verhindern, daß das Plasma direkt mit der Seitenwand der Prozeßkammer 102 in Kontakt kommt.
Die Prallplatte 110, der Klemmring 112, der Fokussierring 114, der periphere Ring 120, das die Wand schützende Element 122 sind aus Keramik, Al, dessen Oberfläche mit Al₂O₃ überzogen ist, Al₂O₃, Fluorkohlenstoffharz, Polyimid oder Si gemäß ihren Anwendungszwecken hergestellt. Diese Elemente sind einzeln aus der Prozeßkammer 102 abmontierbar und durch neue äquivalente Komponenten austauschbar.
Die Ätzvorrichtung 100 wird typischerweise verwendet, um einen Siliciumoxid (SiO₂)-Film auf der Oberfläche des Halbleiterwafers W zu ätzen.
Beim Ätzen wird der Wafer W auf dem Susceptor 106 plaziert und mit dem Klemmring 112 fixiert. Ein Gasgemisch aus CF₄ und Ar wird in den Prozeßraum 104 durch die Gasauslaßlöcher 118a eingeführt. Die Prozeßkammer 104 wird evakuiert und in einer vorbestimmten Atmosphäre mit verringertem Druck gehalten. Eine vorbestimmt RF-Energie wird dann an dem Susceptor 106 angelegt, um das in den Prozeßraum 104 eingeleitete Gas zu ionisieren, wodurch ein Plasma erzeugt wird. Der SiO₂-Film auf dem Wafer W wird dann unter Verwendung dieses Plasmas geätzt. Wenn das Ätzen für einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt ist, wird der Wafer W aus der Prozeßkammer 102 herausgenommen und in die nächste Bearbeitungsvorrichtung transferiert.
Während des Ätzens wird im Prozeßraum 104 ein Reaktionsnebenprodukt produziert und dieses heftet sich an eine Vielzahl von Komponenten bzw. Bauteilen (Elementen), in dem Prozeßraum 104 angeordnet sind. Spezifischer ausgedrückt, wenn wie in dieser Ausführungsform der SiO₂-Film auf dem Wafer W unter Verwendung des Gasgemisches aus CF₄ und Ar geätzt wird, klebt sich CF-basiertes Nebenprodukt an die Komponenten, zum Beispiel die Prallplatte 110, der Klemmring 112, der Fokussierring 114, der periphere Ring 120 und das die Wand schützende Element 122. Die Ablagerungsmenge des CF-basierten Nebenprodukts auf diesen Komponenten erhöht sich proportional zu der Prozeßzeit.
Wenn die Dicke der Ablagerung, die aus dem CF-basierten Nebenprodukt besteht, einen bestimmten Wert erreicht, löst sich die Ablagerung unter Erzeugung von Partikeln ab. Diese Partikel verursachen einen dielektrischen Durchbruch von Halbleitervorrichtungen unter Verringerung der Ausbeute an Produkten. Aus diesem Grund müssen die Komponenten bzw. Bauteile gereinigt werden, um die Ablagerung zu entfernen, bevor die Ablagerung sich ablöst. Das heißt, Bauteile mit dem daran haftenden CF-basierten Nebenprodukt werden nach Verwendung für einen vorbestimmten Zeitraum aus der Prozeßkammer abmontiert und durch neue gereinigte äquivalente Bauteile ersetzt.
Nach Verwendung für einen vorbestimmten Zeitraum werden Komponenten bzw. Bauteile, zum Beispiel die Prallplatte 110, der Klemmring 112, der Fokussierring 114, der periphere Ring 120 und das die Wand schützende Element 122 durch neue äquivalente Bauteile ersetzt. Wenn in diesem Fall eine Serie von Ätzvorgängen für den Wafer W beendet sind und der fertige Wafer aus der Prozeßkammer 102 genommen wird, wird das Innere der Prozeßkammer 102 durch ein inaktives Gas ersetzt und Komponenten, die ausgetauscht werden müssen, werden aus der Prozeßkammer 102 entfernt. Wie in 3 dargestellt ist, werden diese Komponenten bzw. Bauteile in ein Bad 12, das eine Reinigungslösung enthält, die die obige Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung hat, für einen vorbestimmten Zeitraum, z.B. 7 Stunden, eingetaucht, um eine chemische Reinigung durchzuführen. Es wird angemerkt, daß der Fokussierring 114 in 3 ein typisches Beispiel für ein Bauteil mit einer Ablagerung daran haftend, die aus einem CF-basierten Nebenprodukt besteht, ist.
In diesem Fall wird die Temperatur der Reinigungslösung im Bereich von 20°C bis 80°C und vorzugsweise 50°C bis 80°C gehalten. Als Resultat permeiert die Reinigungslösung in das an der Komponente 114 haftende CF-basierte Nebenprodukt. Das CF-basierte Nebenprodukt wird bei niedriger Geschwindigkeit unter Aufquellen gelöst und somit löst sich das CF-basierte Nebenprodukt von der Komponente 114 ab. Feine CF-basierte Nebenprodukte, die die Tendenz zeigen, auf der Komponente beim chemischen Reinigen zurückzubleiben, können mit der Reinigungslösung aufgelöst werden.
Bei der chemischen Reinigung, wie sie in 3 gezeigt ist, wird die Komponente 114 in das Bas 12 der Reinigungslösung eingetaucht, während es in einem Käfig 14 mit 500 bis 100 mesh gehalten wird. Das CF-basierte Nebenprodukt, das von der Komponente 114 abgelöst wurde, wird gleichzeitig, wenn die Komponente 114 aus dem Bad 12 entfernt wird, entfernt. Dieser Arbeitsgang ist notwendig, da die Reinigungslösung gemäß der vorliegenden Erfindung das CF-basierte Nebenprodukt löst, während Perfluorkohlenstoff oder Aceton, das als die herkömmliche Reinigungslösung verwendet wird, das CF-basierte Nebenprodukt nicht löst. Das heißt, wenn das CF-basierte Nebenprodukt, das von dem Bauteil 114 abgelöst wird, in dem Bad 12 der Reinigungslösung bleibt, löst sich das Nebenprodukt allmählich in dem Bad 12 unter Änderung der Zusammensetzung der Reinigungslösung. In diesem Fall muß das Bad 12, das die Reinigungslösung enthält, häufig durch ein neues ersetzt werden.
Das Bauteil 114, das der chemischen Reinigung unterzogen wurde, wird in raffiniertes Wasser eingetaucht und mit dem Wasser gewaschen. Mit diesem Arbeitsgang kann die Kontaminante, die an der Komponente 114 bzw. dem Bauteil 114 anhaftet, während der chemischen Reinigung leicht entfernt werden. Die Komponente 114 wird getrocknet und dann wieder in die Prozeßkammer 102 eingebaut, wenn die entsprechende Komponente in der Prozeßkammer 102 einem Austausch bedarf.
Ein Vergleichexperiment zur Reinigung von Komponenten mit einem darauf abgelagerten CF-basierten Nebenprodukt wurde durchgeführt, indem ein Beispiel des obigen Reinigungsverfahrens und ein Vergleichsbeispiel des herkömmlichen Verfahrens verwendet wurden. Die zu reinigende Komponente war eine aus Al, dessen Oberfläche mit Al₂O₃ bedeckt war und die in der Ätzvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, für einen vorbestimmten Zeitraum verwendet wurde, nachdem im allgemeinen ein periodischer Austausch erforderlich ist.
In dem Beispiel der vorliegenden Erfindung hatte die Reinigungslösung eine Zusammensetzung, die aus 75 Gew.% NMP, 15 Gew.% 2-Butoxyethanol, 0,5 Gew.% Tensid und 9,5 Gew.% Wasser bestand; die Temperatur des Bades 12, das das Reinigungswasser enthielt, war 50 % und die Eintauchzeit der Komponente war 7 Stunden. Im Vergleichsbeispiel des herkömmlichen Verfahrens war die Reinigungslösung Aceton, die Temperatur des Bades der Reinigungslösung war 15°C und die Eintauchzeit des Bauteils war 5 Stunden.
Tabelle 2 zeigt Änderungen in der Anzahl von Partikel, die an Wafern anhaften, wenn die Komponente durch das Beispiel der vorliegenden Erfindung bearbeitet wurde und in die Prozeßkammer 102 zum Ätzen eingebaut wurde. Jeder verwendete Wafer war ein 200 ml-Si-Wafer und die Größe jedes detektierten Partikels war 0,2 μm oder mehr. Wenn die Größe des detektierten Partikels bei 0,2 μm oder mehr für einen 200 mm-Wafer eingestellt ist, wird im allgemeinen der Wafer, der 30 Partikel oder weniger hat, als dem Standard genügend angesehen. Das heißt, wie in Tabelle 2 gezeigt ist, kann nach dem Beispiel der vorliegenden Erfindung mit der Bearbeitung eines tatsächlichen Wafers begonnen werden, wenn nur ein Blindwafer bearbeitet wurde.
Tabelle 2
Im Gegensatz dazu hatte nach dem Vergleichsbeispiel des herkömmlichen Verfahrens erst der 20. Wafer 30 oder weniger Partikel, die je eine Größe von 0,2 μm oder mehr hatten. Das heißt, gemäß dem Vergleichsbeispiel des herkömmlichen Verfahrens kann mit der Bearbeitung eines tatsächlichen Wafers nicht begonnen werden, wenn nicht 20 oder mehr Blindwafer bearbeitet wurden. Die Bearbeitung von 20 Blindwafern nimmt 1 bis 2 Stunden in Anspruch, was beachtlich zur Ausfallzeit der Vorrichtung beiträgt.
Etwa 20 größere Partikel, die auf dem ersten Wafer des Beispiels der vorliegenden Erfindung detektiert wurden, wurden durch EDX (Energiedispersions-Röntgenstrahlspektroskopie) in abnehmender Folge der Partikelgröße analysiert. Als Resultat wurden keine CF-basierten Partikel detektiert und die meisten Partikel bestanden aus Kombinationen aus Al, O und S.
Als Grund dafür kann folgender angenommen werden. Da eine Komponente, die in dem Experiment eingesetzt wird, aus Al besteht, dessen Oberfläche mit Al₂O₃ bedeckt ist (anodisiert ist), liegen Al und O an der Oberfläche der Komponente bzw. des Bauteils vor. S liegt ebenfalls an der Oberfläche des Bauteils vor, da Schwefelsäure beim Anodisieren des Bauteils eingesetzt wird. Dementsprechend können Al, O und S durch Reibung erzeugt werden, wenn die Komponente in die Prozeßkammer 102 eingebaut wird. Diese Partikel haften schwach an der Oberfläche des Bauteils und die meisten Partikel werden von der Oberfläche des Bauteils durch die Anfangs-RF-Entladung beim Ätzen losgelöst. Die Partikel werden dann an die Außenseite der Prozeßkammer 102 aufgetragen. Daher ist die Anzahl an detektierten Partikeln ab dem zweiten Wafer stark verringert.
Im Gegensatz dazu wird im Vergleichsbeispiel des herkömmlichen Verfahrens ein feines CF-basiertes Nebenprodukt wahrscheinlich an das Bauteil angeklebt und verbleibt dort. Daß das CF-basierte Nebenprodukt stark an der Oberfläche des Bauteils haftet, kann es durch die RF-Entladung beim Ätzen nicht abgelöst werden. Daher ist eine größere Anzahl von Blindwafern zu bearbeiten, d.h. ein "Seasoning" ist erforderlich.
Es wurde ein Experiment durchgeführt, um die Beziehung zwischen der Temperatur der erfindungsgemäßen Reinigungslösung und der Löslichkeit des CF-basierten Nebenprodukts zu untersuchen. In diesem Experiment hatte die Reinigungslösung eine Zusammensetzung, die aus 75 Gew.% NMP, 15 Gew.% 2-Butoxyethanol, 0,5 Gew.% Tensid und 9,5 Gew.% Wasser bestand. Ein Bauteil mit dem CF-basierten Nebenprodukt darauf abgelagert wurde, für 3 Stunden in die Reinigungslösung eingetaucht.
Tabelle 3 zeigt die Resultate der Messung der Löslichkeiten des CF-basierten Nebenprodukts bei Reinigungslösungstemperaturen von 20°C, 50°C und 70°C. Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, gilt, je höher die Reinigungslösungstemperatur ist, desto höher ist die Löslichkeit. Je größer die Dicke des zu entfernenden CF-basierten Nebenprodukts ist, desto höher ist vorzugsweise die Reinigungslösungstemperatur. Wenn allerdings die Temperatur der Reinigungslösung übermäßig ansteigt, wird Wasser verdampft und die Reinigungslösungskomponenten weisen in unerwünschter Weise Flammpunkte auf. Unter diesem Gesichtspunkt wird die Temperatur der Reinigungslösung vorzugsweise auf 50 bis 80°C eingestellt.
Tabelle 3
Wie oben beschrieben wurde, kann die Reinigungslösung gemäß der vorliegenden Erfindung effizienter und zuverlässiger CF-basierte Nebenprodukte entfernen als die herkömmliche Reinigungslösung. NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon) und 2-Butoxyethanol (Ethylenglykolmonobutylether) sind weniger toxisch und beeinträchtigen selten die menschliche Gesundheit. Das NMP und 2-Butoxyethanol sich in der Außenluft leicht zersetzen, wird die Verwendung dieser Materialien keine Ursache für die globale Erwärmung. Das NMP billig ist, erhöht eine Verwendung dieses Materials die Reinigungskosten der Komponenten bzw. der Bauteile der Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern nicht. Beispiele für das Material des zu reinigenden Bauteils sind Keramik, Al, dessen Oberfläche mit Al₂O₃ überzogen ist, Al₂O₃, Fluorkohlenstoffharz, Polyimid und Si. Es wird betont, daß Polyimid sich leicht in der Reinigungslösung gemäß der vorliegenden Erfindung löst, und eine Polyimid-Komponente muß innerhalb einer kurzen Zeit gereinigt werden. Eine Halbleiter-Behandlung, die CF-basierte Nebenprodukte erzeugt, ist nicht Ätzen, sondern auch CVD.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Allerdings wird die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können von einem Fachmann auf dem Fachgebiet innerhalb des Rahmens des technischen Umfangs, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden. Diese Änderungen und Modifikationen sollten im technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung enthalten sein.

Claims

Reinigungslösung zum Entfernen eines Nebenprodukts, das aus einer zersetzten Substanz eines Prozessgases, das C und F enthält, erhalten wird und auf einer Komponente in einer Prozesskammer einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern zum Unterwerfen eines Zielsubstrats unter einen Halbleiterprozess mit dem Prozessgas abgelagert wird, worin die Reinigungslösung N-Methyl-2-pyrrolidon, Ethylenglykolmonobutylether, ein Tensid und Wasser umfasst.
Reinigungslösung gemäss Anspruch 1, worin die Reinigungslösung ein Alkalimetall mit einem Gehalt von weniger als 10 ppb enthält.
Reinigungslösung gemäss Anspruch 1 oder 2, worin die Reinigungslösung Wasser mit einem Gehalt von 5 bis 20 Gew.% enthält.
Reinigungslösung gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Reinigungslösung das Tensid mit einem Gehalt von 0,1 bis 1,0 Gew.% enthält.
Reinigungslösung gemäss Anspruch 4, worin das Tensid Fluor enthält.
Reinigungslösung gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Gesamtgehalt an N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether 80 bis 90 Gew.% beträgt und das Verhältnis des Gehalts an N-Methyl-2-pyrrolidon zu dem Gesamtgehalt an N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether 0,75 bis 0,95 beträgt.
Reinigungsverfahren zum Entfernen eines Nebenprodukts, das aus einer zersetzten Substanz eines Prozessgases, das C und F enthält, erhalten wird und auf einer Komponente in einer Prozesskammer einer Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitern zum Unterwerfen eines Zielsubstrats unter einen Halbleiterprozess mit dem Prozessgas abgelagert wird, worin das Verfahren die Schritte umfasst: Entfernen des Bauteils aus der Prozesskammer; und Eintauchen des Bauteils in ein Bad der Reinigungslösung, die N-Methyl-2-pyrrolidon, Ethylenglykolmonobutylether, ein Tensid und Wasser umfasst.
Reinigungsverfahren gemäss Anspruch 7, worin das Bauteil in das Bad der Reinigungslösung eingetaucht wird, während das Bauteil in einem Käfig mit 10.000 bis 250.000 Öffnungen pro 0,0006451 m² (100 bis 500 mesh) gelagert wird.
Reinigungsverfahren gemäss Anspruch 7 oder 8, worin das Bauteil in das Bad der Reinigungslösung eingetaucht wird, während die Temperatur der Reinigungslösung auf 50 bis 80°C eingestellt ist.
Reinigungsverfahren gemäss irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9, worin der Halbleiterprozess das Ätzen einer Schicht, die im wesentlichen aus einem Siliciumoxid besteht, auf dem Zielsubstrat durch Verwendung des Prozessgases umfasst.
Reinigungsverfahren gemäss irgendeinem der Ansprüche 7 bis 10, worin die Reinigungslösung ein Alkalimetall in einem Gehalt von weniger als 10 ppb enthält.
Reinigungsverfahren gemäss irgendeinem der Ansprüche 7 bis 11, worin die Reinigungslösung Wasser in einem Gehalt von 5 bis 20 Gew.% enthält.
Reinigungsverfahren gemäss irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12, worin die Reinigungslösung das Tensid in einem Gehalt von 0,1 bis 1,0 Gew.% enthält.
Reinigungsverfahren gemäss Anspruch 13, worin das Tensid Fluor enthält.
Reinigungsverfahren gemäss irgendeinem der Ansprüche 7 bis 14, worin in der Reinigungslösung der Gesamtgehalt an N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether 80 bis 90 Gew.% beträgt und das Verhältnis des Gehalts an N-Methyl-2-pyrrolidon zu dem Gesamtgehalt an N-Methyl-2-pyrrolidon und Ethylenglykolmonobutylether 0,75 bis 0,95 beträgt.