JP2014212253A - Substrate cleaning method and substrate cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の端部から貴金属膜を除去する基板洗浄方法及び基板洗浄装置に関する。 The present invention relates to a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus for removing a noble metal film from an end portion of a substrate.
近年、DRAMやSRAMに代わる次世代不揮発性メモリとしてMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)(磁気抵抗メモリ)が開発されている。MRAMはキャパシタの代わりにMTJ(Magnetic Tunnel Junction)(磁気トンネル接合)素子を有し、磁化状態を利用して記憶を行う。 In recent years, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) (magnetoresistance memory) has been developed as a next-generation nonvolatile memory that replaces DRAM and SRAM. The MRAM has an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element instead of a capacitor, and performs storage using the magnetization state.
MRAMは、半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)上にMRAMを構成する複数の金属膜をスパッタ法で成膜した後、これらの金属膜をリソグラフィ技術を用い、所定のパターンに従ってエッチングすることによって形成されるが、ウエハの端部近傍からは膜厚が安定しない等を理由にMRAMが形成されず、各金属膜がウエハの端部に残存する。 In the MRAM, a plurality of metal films constituting the MRAM are formed on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) by sputtering, and then these metal films are etched according to a predetermined pattern using a lithography technique. However, the MRAM is not formed from the vicinity of the edge of the wafer because the film thickness is not stable, and each metal film remains on the edge of the wafer.
MRAMが形成されたウエハは容器であるFOUP(Front Opening Unified Pod)に収容されるが、このときウエハの端部に残存する各金属膜が剥がれ、FOUPに収容される他のウエハへ付着する、いわゆる金属汚染を起こすおそれがある。 The wafer on which the MRAM is formed is accommodated in a FOUP (Front Opening Unified Pod) which is a container. At this time, each metal film remaining on the edge of the wafer is peeled off and adheres to another wafer accommodated in the FOUP. There is a risk of so-called metal contamination.
しかしながら、MRAMを構成する金属膜には貴金属膜、例えば、Ta膜やRu膜が含まれるが、これらの貴金属膜は難エッチング性であり、薬液を用いたウェットエッチングでは除去困難である。 However, the metal film constituting the MRAM includes a noble metal film, for example, a Ta film or a Ru film, but these noble metal films are difficult to etch and difficult to remove by wet etching using a chemical solution.
そこで、例えば、特許文献1に示されるような、ウエハの端部を研削する研磨ベルトを用いてウエハの端部に残存する各金属膜を除去することが行われている。 Thus, for example, as shown in Patent Document 1, each metal film remaining on the edge of the wafer is removed using a polishing belt that grinds the edge of the wafer.
ところで、研磨ベルトを用いて各金属膜を研削するとパーティクルが多量に発生するため、研削後のウエハからパーティクルを完全に除去できないおそれがある。また、研削後の端部表面の面粗度は研磨ベルトの砥粒の大きさに依存するが、砥粒の大きさはμm単位であるため、研削後の端部表面は荒れており、他の部材とのこすれ等によって容易にパーティクルを発生させるおそれがある。すなわち、研削後のウエハから生じるパーティクルがFOUP内の他のウエハへ付着するおそれがある。 By the way, when each metal film is ground using a polishing belt, a large amount of particles are generated, and thus there is a possibility that the particles cannot be completely removed from the ground wafer. The surface roughness of the end surface after grinding depends on the size of the abrasive grains of the polishing belt, but since the size of the abrasive grains is in units of μm, the end surface after grinding is rough. There is a possibility that particles are easily generated by rubbing with the member. That is, there is a risk that particles generated from the ground wafer adhere to other wafers in the FOUP.
本発明の目的は、パーティクルの発生を防止することができる基板洗浄方法及び基板洗浄装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus that can prevent the generation of particles.
上記目的を達成するために、請求項1記載の基板洗浄方法は、端部において貴金属膜及び該貴金属膜を覆うシリコン系膜を有する基板から前記シリコン系膜及び前記貴金属膜を除去する基板洗浄方法であって、前記端部へ向けて酸素のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)を照射するとともにCF系のガスを供給するシリコン系膜除去ステップと、前記端部へ向けて酸素のGCIBを照射するとともに有機酸のガスを供給する貴金属膜除去ステップとを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a substrate cleaning method according to claim 1, wherein the silicon-based film and the noble metal film are removed from a substrate having a noble metal film and a silicon-based film covering the noble metal film at an end. The silicon-based film removing step of irradiating the end portion with oxygen GCIB (Gas Cluster Ion Beam) and supplying a CF-based gas, and irradiating the end portion with oxygen GCIB And a noble metal film removing step for supplying an organic acid gas.
請求項2記載の基板洗浄方法は、請求項1記載の基板洗浄方法において、前記有機酸はカルボキシル基を含む有機酸であることを特徴とする。 The substrate cleaning method according to claim 2 is the substrate cleaning method according to claim 1, wherein the organic acid is an organic acid containing a carboxyl group.
請求項3記載の基板洗浄方法は、請求項1又は2記載の基板洗浄方法において、前記基板は円板状を呈し、前記酸素のGCIBが前記端部の一部のみを照射し、前記酸素のGCIBによって前記端部の全てが照射されるように前記基板を回転させることを特徴とする。 The substrate cleaning method according to claim 3 is the substrate cleaning method according to claim 1 or 2, wherein the substrate has a disk shape, the oxygen GCIB irradiates only a part of the end portion, and the oxygen The substrate is rotated so that all of the end portions are irradiated by GCIB.
請求項4記載の基板洗浄方法は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板洗浄方法において、前記酸素のGCIBに対して首振り運動を行う吸着台へ前記基板を吸着させ、前記端部へ向けて酸素のGCIBを照射する際、前記吸着台を前記基板とともに前記酸素のGCIBに対して首振り運動させることを特徴とする。 The substrate cleaning method according to claim 4 is the substrate cleaning method according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is adsorbed to an adsorption table that swings with respect to the GCIB of oxygen. When irradiating GCIB of oxygen toward the end, the adsorption table is swung with respect to the GCIB of oxygen together with the substrate.
請求項5記載の基板洗浄方法は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基板洗浄方法において、前記シリコン系膜除去ステップにおいて、前記CF系のガス及び前記シリコン系膜の化学反応によって生じる反応生成物を検出し、該反応生成物が検出されない場合に前記シリコン系膜の除去が終了したと判断する。 The substrate cleaning method according to claim 5 is the substrate cleaning method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the silicon-based film removal step, a chemical reaction between the CF-based gas and the silicon-based film is performed. The generated reaction product is detected, and when the reaction product is not detected, it is determined that the removal of the silicon-based film is completed.
上記目的を達成するために、請求項6記載の基板処理装置は、貴金属膜及び該貴金属膜を覆うシリコン系膜を有する基板の端部へ向けて酸素のGCIBを照射するGCIB照射装置と、前記基板を吸着する吸着台と、前記吸着台が吸着する基板の端部へ向けてCF系のガス及び有機酸のガスを供給するガス供給装置とを備え、前記GCIB照射装置は前記端部の一部のみを前記酸素のGCIBで照射し、前記吸着台は前記酸素のGCIBによって前記端部の全てが照射されるように前記基板を回転させることを特徴とする。 To achieve the above object, a substrate processing apparatus according to claim 6, wherein a GCIB irradiation apparatus that irradiates GCIB of oxygen toward an end portion of a substrate having a noble metal film and a silicon-based film covering the noble metal film, An adsorption table for adsorbing a substrate; and a gas supply device for supplying a CF-based gas and an organic acid gas toward an end of the substrate adsorbed by the adsorption table. Only the portion is irradiated with the oxygen GCIB, and the adsorption stage rotates the substrate so that all of the end portions are irradiated with the oxygen GCIB.
請求項7記載の基板処理装置は、請求項6記載の基板処理装置において、前記基板の表面を覆うとともに該基板の端部を露出させる遮蔽基板をさらに備え、前記遮蔽基板は非金属からなることを特徴とする。 The substrate processing apparatus according to claim 7 is the substrate processing apparatus according to claim 6, further comprising a shielding substrate that covers a surface of the substrate and exposes an end portion of the substrate, and the shielding substrate is made of a nonmetal. It is characterized by.
請求項8記載の基板処理装置は、請求項7記載の基板処理装置において、前記遮蔽基板はシリコンからなることを特徴とする。 The substrate processing apparatus according to claim 8 is the substrate processing apparatus according to claim 7, wherein the shielding substrate is made of silicon.
請求項9記載の基板処理装置は、請求項6乃至8のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記吸着台における前記酸素のGCIBによって照射される部分が少なくともシリコンで覆われることを特徴とする。 The substrate processing apparatus according to claim 9 is the substrate processing apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein a portion of the adsorption table irradiated with the GCIB of oxygen is covered with at least silicon. And
請求項10記載の基板処理装置は、請求項6乃至9のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記吸着台はゴニオメータに取り付けられることを特徴とする。
The substrate processing apparatus according to
請求項11記載の基板処理装置は、請求項6乃至10のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記GCIB照射装置と前記基板の端部を介して対向するファラデーカップ電流計をさらに備え、該ファラデーカップ電流計は前記照射される酸素のGCIBの強度を計測することを特徴とする。
The substrate processing apparatus according to
請求項12記載の基板処理装置は、請求項6乃至11のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記CF系のガス及び前記シリコン系膜の化学反応によって生じる反応生成物をモニタする質量ガス分析計をさらに備えることを特徴とする。
The substrate processing apparatus according to
上記目的を達成するために、請求項13記載の基板洗浄方法は、端部において貴金属膜及び該貴金属膜を覆うシリコン系膜を有する基板から前記シリコン系膜及び前記貴金属膜を除去する基板洗浄方法であって、酸素のGCIBを照射し、照射される酸素のGCIBの強度の初期値を計測し、前記基板の端部を前記酸素のGCIBへ向けて移動させ、前記基板の端部を移動させる間において前記酸素のGCIBの強度を計測し、前記計測されている酸素のGCIBの強度が前記初期値よりも低下したとき、前記基板の移動を停止するとともに、前記基板の中心に関して前記基板を回転させ、前記基板の端部へ向けてCF系のガスを供給し、前記CF系のガス及び前記シリコン系膜の化学反応によって生じる反応生成物をモニタし、前記反応生成物が検出されないとき、前記CF系のガスの供給を停止するとともに、前記基板の端部へ向けて有機酸のガスを供給し、前記酸素のGCIBの照射によって生じる前記貴金属膜の酸化物が前記有機酸によって分解されて生じる飛散物中の貴金属をモニタし、前記貴金属が検出されないとき、前記有機酸のガスの供給を停止するとともに、前記酸素のGCIBの照射も停止することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a substrate cleaning method according to
本発明によれば、端部へ向けて酸素のGCIBが照射されるとともにCF系のガスが供給され、また、端部へ向けて酸素のGCIBが照射されるとともに有機酸のガスが供給されるので、シリコン系膜や貴金属膜を研削することなく除去することができ、さらに、シリコン系膜や貴金属膜を除去した後の端部表面が荒れることもない。その結果、パーティクルの発生を防止することができる。 According to the present invention, oxygen GCIB is irradiated toward the end portion and a CF-based gas is supplied, and oxygen GCIB is irradiated toward the end portion and an organic acid gas is supplied. Therefore, the silicon-based film and the noble metal film can be removed without grinding, and the end surface after removing the silicon-based film and the noble metal film is not roughened. As a result, the generation of particles can be prevented.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。 First, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
図1は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a substrate processing apparatus according to the present embodiment.
図1において、ウエハ端部洗浄装置10(基板処理装置)は、半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)を収容するチャンバ11と、該チャンバ11の底部から立設されたウエハ保持ユニット12と、チャンバ11の内側壁に設けられたGCIB照射装置13と、チャンバ11内に設けられたファラデーカップ電流計14、質量ガス分析計15及び処理ガスノズル16(ガス供給装置)と、ウエハ端部洗浄装置10の各構成要素の動作を制御するコントロールユニット17とを備える。
In FIG. 1, a wafer edge cleaning apparatus 10 (substrate processing apparatus) includes a
ウエハ保持ユニット12は、ウエハWを載置して静電気力等で吸着するステージ18(吸着台)と、該ステージ18を支持するゴニオメータ19とを有する。ゴニオメータ19は、チャンバ11の底部に配置された基部20と、該基部20から上方へ延出する円柱状のシャフト21とを有し、基部20は図中上下方向、水平方向移動自在に構成され、シャフト21は中心軸を中心に回転可能に構成されるとともに、ほぼ中点において中折れ可能に構成される。すなわち、基部20及びシャフト21は協働してウエハWを吸着するステージ18を図中X方向、Y方向に移動させるとともに、図中θ方向、φ方向に回動させ、結果としてステージ18をウエハWとともに首振り運動させる。
The
また、ウエハ保持ユニット12は、ウエハWよりも所定値だけ直径が小さい円板状のシャドウウエハ22(遮蔽基板)をさらに有し、該シャドウウエハ22はステージ18に吸着されたウエハWの表面を、該表面と接触しないように覆うとともに、ウエハWの端部を露出させる。ウエハ保持ユニット12では、ステージ18はアルミニウム等の金属で構成される一方、シャドウウエハ22はシリコン等の非金属で構成される。
The
GCIB照射装置13は酸素のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)23を図中横方向に沿って照射し、ファラデーカップ電流計14はGCIB照射装置13と対向し、酸素のGCIB23を受光する。ファラデーカップ電流計14は水平に倒設されたカップ状の部材からなり、受光した酸素のGCIB23によって底部から飛散する二次電子を計測して酸素のGCIB23の強度を計測する。
The
処理ガスノズル16は複数種の反応ガス、例えば、CF系のガス及び酢酸ガスを切り替えて供給するとともに図中水平方向(X’方向)に移動可能に構成され、質量ガス分析計15は飛散する物質、例えば、反応生成物の成分を原子レベルで分析する。
The
図2は、図1におけるGCIB照射装置の構成を概略的に示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the GCIB irradiation apparatus in FIG.
図2において、GCIB照射装置13は、略水平に配置され、且つ内部が減圧された筒状の本体24と、該本体24の一端に配置されるノズル25と、板状のスキマー26と、イオナイザー27と、加速器28と、永久磁石29とを有する。
In FIG. 2, the
ノズル25は本体24の中心軸に沿って配置され、該中心軸に沿って酸素ガスを噴出する。スキマー26は本体24内の横断面を覆うように配置され、中心部が本体24の中心軸に沿ってノズル25へ向けて突出し、該突出した部分の頂部に細穴30を有する。本体24の他端も本体24の中心軸に対応する部分にビーム通過穴31を有する。
The
イオナイザー27、加速器28及び永久磁石29はいずれも本体24の中心軸を囲むように配置され、イオナイザー27は内蔵するフィラメントを加熱することによって電子を本体24の中心軸へ向けて放出し、加速器28は本体24の中心軸に沿って電位差を生じさせ、永久磁石29は本体24の中心軸近傍で磁界を生じさせる。
The
GCIB照射装置13では、本体24の一端側(図中左側)から他端側(図中右側)へかけて、ノズル25、スキマー26、イオナイザー27、加速器28及び永久磁石29がこの順で配置される。
In the
ノズル25が減圧された本体24の内部へ向けて酸素ガスを噴出すると、酸素ガスの体積が急激に大きくなり、酸素ガスは急激な断熱膨張を起こして酸素分子が急冷される。各酸素分子は急冷されると、運動エネルギーが低下して各酸素分子間に作用する分子間力(ファンデルワールス力)によって互いに密着し、これにより、多数の酸素分子からなる複数の酸素ガスクラスター32が形成される。
When oxygen gas is ejected toward the inside of the
スキマー26は細穴30によって複数の酸素ガスクラスター32のうち本体24の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター32のみを選別し、イオナイザー27は本体24の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター32へ電子を衝突させることによって当該酸素ガスクラスター32をイオン化し、加速器28はイオン化された酸素ガスクラスター32を電位差によって本体24の他端側へ加速し、永久磁石29は磁界によって比較的小さい酸素ガスクラスター32(イオン化された酸素分子のモノマーを含む)の進路を変更する。永久磁石29では、比較的大きい酸素ガスクラスター32も磁界の影響を受けるが、質量が大きいため、磁力によって進路が変更されず、本体24の中心軸に沿って移動を継続する。
The
永久磁石29を通過した比較的大きい酸素ガスクラスター32は本体24の他端のビーム通過穴31を通過して本体24の外へ射出され、チャンバ11内へ水平に酸素のGCIB23として照射される。
The relatively large
ウエハ端部洗浄装置10では、GCIB照射装置13が酸素のGCIB23を照射する際、ウエハ保持ユニット12がステージ18及びウエハWのX方向、Y方向の移動、並びにθ方向、φ方向の回動を適切に行い、シャドウウエハ22によって覆われないウエハWの端部へ酸素のGCIB23を照射させる。このとき、処理ガスノズル16はウエハWの端部へ向けて反応ガスを供給し、質量ガス分析計15はウエハWの端部から飛散する反応生成物の構成原子を分析する。
In the wafer
図3は、ウエハの表面におけるMRAMを形成するための各金属膜の積層構造を概略的に示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a laminated structure of each metal film for forming the MRAM on the surface of the wafer.
図3において、積層構造33は、ウエハWの表面に形成されたSiO2膜34へ下から順に積層されたTa膜35、Ru膜36、Ta膜37、PtMn膜38、CoFe膜39、Ru膜40、CoFeB膜41、MgO膜42、CoFeB膜43、Ta膜44、SiO2膜45及びSiN膜46を有する。SiO2膜34、Ta膜35、Ru膜36、Ta膜37、PtMn膜38、CoFe膜39及びRu膜40は下地層47を構成し、CoFeB膜41、MgO膜42及びCoFeB膜43はMTJ素子48を構成し、SiO2膜45及びSiN膜46はマスク層49を構成するが、この積層構造33からは、Ta膜44、SiO2膜45及びSiN膜46をハードマスクとして各金属膜35〜44が所定のパターンでエッチングされてMRAMが形成される。
In FIG. 3, the
積層構造33では上述した各金属膜35〜44がスパッタ法によって成膜され、その後、SiO2膜45やSiN膜46に覆われるため、ウエハWの表面には、図4に示すように、下地層47、MTJ素子48及びマスク層49が積層される。また、各金属膜35〜44がエッチングされる際に飛散した各種貴金属がウエハWの端部において積層されて端部貴金属層53が形成され、該端部貴金属層53もマスク層49によって覆われる。
In the
通常、ウエハWの端部近傍からはMRAM等のデバイスチップが形成されないため、ウエハWにおいてMRAMの形成後も、ウエハWの端部では、マスク層49の下に端部貴金属層53が存在し、マスク層49を除去したとしても、端部貴金属層53は下地層47を構成する各貴金属、例えば、Ru、Ta、Ptを含むため、薬液で除去することは困難である。
Usually, since device chips such as MRAM are not formed near the end of the wafer W, the end
本実施の形態に係る基板洗浄方法では、これに対応して、酸素のGCIBを利用し、ウエハWの端部に残存するマスク層49及び端部貴金属層53を除去する。
In the substrate cleaning method according to the present embodiment, the
図5は、本実施の形態に係る基板洗浄方法としてのウエハの端部洗浄処理を示すフローチャートである。本端部洗浄処理は、ウエハ端部洗浄装置10においてコントロールユニット17が各構成要素の動作を制御することによって実行される。
FIG. 5 is a flowchart showing wafer edge cleaning processing as the substrate cleaning method according to the present embodiment. This edge cleaning process is executed by the
まず、ウエハWをステージ18へ吸着させた後、該ウエハWをシャドウウエハ22で覆い、さらに、GCIB照射装置13によって酸素のGCIB23をファラデーカップ電流計14に照射し、該ファラデーカップ電流計14はウエハW等によって遮蔽されていない酸素のGCIB23の強度を初期値として計測する(ステップS501)。
First, after the wafer W is adsorbed to the
次いで、ウエハ保持ユニット12がステージ18及びウエハWのX方向、Y方向の移動、並びにθ方向、φ方向の回動を行ってシャドウウエハ22によって覆われていないウエハWの端部を酸素のGCIB23へ向けて移動させ(ステップS502)、その間、ファラデーカップ電流計14は酸素のGCIB23の強度の計測を継続する(ステップS503)。
Next, the
その後、酸素のGCIB23の強度が初期値よりも低下したとき、コントロールユニット17はウエハWの端部の一部に酸素のGCIB23が照射され始めたと判断し、ウエハWの移動を停止し、さらに、シャフト21を、中心軸を中心に回転させてステージ18とともにウエハWをθ方向に回転させる(ステップS504)。これにより、ウエハWの端部の全てが酸素のGCIB23によって照射される。
Thereafter, when the intensity of the
次いで、処理ガスノズル16を移動させてウエハWの端部に正対させ、該処理ガスノズル16からCF系のガス、例えば、CF4やC5F8のガスをウエハWの端部へ向けて供給する(ステップS505)(シリコン系膜除去ステップ)。
Next, the
このとき、ウエハWの端部では酸素のGCIB23の酸素ガスクラスター32が有する運動エネルギーによってCF系のガス及びマスク層49の化学反応が促進されてマスク層49はシリコン系の反応生成物に変化する。当該反応生成物は蒸気圧が高いため、酸素ガスクラスター32から付与されるエネルギーによって容易に昇華する。これにより、マスク層49が化学的に除去される。
At this time, the chemical reaction of the CF-based gas and the
昇華した反応生成物は飛散物として質量ガス分析計15によって分析され、特に、飛散物中の反応生成物がモニタされ(ステップS506)、コントロールユニット17は反応生成物が検出されるか否かを判定する(ステップS507)。
The sublimated reaction product is analyzed as a scattered matter by the
ステップS507の判定の結果、反応生成物が検出される場合は、マスク層49が残存してCF系のガス及びマスク層49の化学反応が継続していると判断してステップS505に戻り、CF系のガスの供給を継続する一方、Siが検出されない場合はマスク層49が残存していないと判断し、CF系のガスの供給を停止するとともに処理ガスノズル16からウエハWの端部へカルボキシル基を含む有機酸、例えば、酢酸のガスを供給する(ステップS508)(貴金属膜除去ステップ)。
If the reaction product is detected as a result of the determination in step S507, it is determined that the
このとき、ウエハWの端部では酸素のGCIB23の酸素ガスクラスター32が有する運動エネルギーによって端部貴金属層53の酸化が促進されて貴金属、例えば、Ru、Ta、Ptの酸化物が生成される。貴金属の酸化物も蒸気圧が高いため、酸素ガスクラスター32から付与されるエネルギーによって容易に昇華するとともに、貴金属の酸化物は酢酸によって容易に分解される。これにより、端部貴金属層53が化学的に除去される。
At this time, oxidation of the end
昇華、分解した酸化物は飛散物として質量ガス分析計15によって分析され、特に、飛散物中のTaやRuがモニタされ(ステップS509)、コントロールユニット17はTaやRuが検出されるか否かを判定する(ステップS510)。
The sublimated and decomposed oxide is analyzed as a scattered matter by the
ステップS510の判定の結果、TaやRuが検出される場合は、端部貴金属層53が残存して端部貴金属層53の酸化が継続していると判断してステップS508に戻り、酢酸のガスの供給を継続する一方、TaやRuが検出されない場合は端部貴金属層53が残存していないと判断し、酢酸のガスの供給を停止するとともに、酸素のGCIB23の照射も停止して本処理を終了する。
If Ta or Ru is detected as a result of the determination in step S510, it is determined that the end
図5のウエハの端部洗浄処理によれば、ウエハWの端部へ向けて酸素のGCIB23が照射されるとともにCF系のガスが供給されるので、酸素ガスクラスター32の運動エネルギーによるCF系のガス及びマスク層49の化学反応の促進を通じてマスク層49が化学的に除去される。また、ウエハWの端部へ向けて酸素のGCIB23が照射されるとともに酢酸のガスが供給されるので、酸素ガスクラスター32の運動エネルギーによる端部貴金属層53の酸化の促進、さらには酢酸による貴金属の酸化物の分解を通じて端部貴金属層53が化学的に除去される。すなわち、端部貴金属層53やマスク層49を研削することなく除去することができ、さらに、端部貴金属層53やマスク層49を除去した後のウエハWの端部表面が荒れることもないので、パーティクルの発生を防止することができる。
According to the wafer edge cleaning process of FIG. 5, since the
上述した図5のウエハの端部洗浄処理では、処理ガスノズル16からカルボキシル基を含む有機酸が供給される。カルボキシル基を有する有機酸は貴金属の酸化物を容易に分解して除去するので、端部貴金属層53を確実に除去することができる。なお、カルボキシル基を含む有機酸は上述した酢酸に限られず、例えば、hfac(ヘキサフルオロアセチルアセトン)であってもよい。
In the wafer edge cleaning process of FIG. 5 described above, an organic acid containing a carboxyl group is supplied from the
また、図5のウエハの端部洗浄処理では、酸素のGCIB23がウエハWの端部の一部のみを照射し、ウエハ保持ユニット12が酸素のGCIB23によってウエハWの端部の全てが照射されるようにウエハWをシャフト21の中心軸を中心に回転させるので、CF系のガス及びマスク層49の化学反応、並びに端部貴金属層53の酸化を促進するためにウエハWの全体を酸素のGCIB23で照射する必要を無くすことができ、さらに酸素のGCIB23のビーム径も大きくする必要がない。その結果、酸素のGCIB23を発生させるためのエネルギーを節約することができる。なお、通常、MRAM等のデバイスチップが形成される有効成膜領域はウエハWの端部から1mm〜2mm以内の領域であるので、酸素のGCIB23のビーム径は2mm以下であるのが好ましい。
5, the
さらに、図5のウエハの端部洗浄処理では、非金属であるシリコンからなるシャドウウエハ22がウエハWの表面を覆うので、ウエハWの表面に形成された半導体デバイスが酸素のGCIB23によって損傷するのを防止することができる。また、酸素のGCIB23の酸素ガスクラスター32中のストレイクラスターによってシャドウウエハ22からパーティクルが発生しても、該パーティクルはシリコンからなるため、ウエハWが金属汚染されるのを防止することができる。
Further, in the wafer edge cleaning process of FIG. 5, since the
ところで、マスク層49を構成する各膜はスパッタ法によって成膜され、さらに、端部貴金属層53は飛散する各種貴金属によって構成されるため、図4に示すように、ウエハWの表面だけなくウエハWの側面や裏面に回り込むことがある。
By the way, each film constituting the
本実施の形態に係る基板洗浄方法では、これに対応して、ウエハWの端部におけるマスク層49及び端部貴金属層53を除去する際、ステージ18へウエハWとともに首振り運動を行わせ、図6(A)〜図6(C)に示すように、酸素のGCIB23をウエハWの端部の表面、側面及び裏面へ照射させる。具体的には、ウエハWの端部の表面からマスク層49及び端部貴金属層53を除去する場合には、ウエハWの表面がGCIB照射装置13を指向するようにステージ18を傾け(図6(A))、ウエハWの端部の側面からマスク層49及び端部貴金属層53を除去する場合には、ウエハWを酸素のGCIB23に対してほぼ垂直になるようにステージ18を傾け(図6(B))、さらに、ウエハWの端部の裏面からマスク層49及び端部貴金属層53を除去する場合には、ウエハWの表面がGCIB照射装置13と反対側を指向するようにステージ18を傾ける(図6(C))。なお、ステージ18を首振り運動させるとウエハWの端部と処理ガスノズル16の相対位置が変化するため、ステージ18が移動する度に処理ガスノズル16を移動させ、該処理ガスノズル16をウエハWの端部に正対させる。
In the substrate cleaning method according to the present embodiment, correspondingly, when removing the
図7は、図1におけるステージに首振り運動を行わせた際のマスク層49の除去の様子を示す図であり、図8は図1におけるステージに首振り運動を行わせた際の端部貴金属層53の除去の様子を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing how the
図5のステップS505において、図6(A)に示すように、ウエハWの表面をGCIB照射装置13へ指向させると、ウエハWの端部の表面に酸素のGCIB23が照射されて当該表面からマスク層49が除去され(図7(A))、図6(B)に示すように、ウエハWを酸素のGCIB23に対してほぼ垂直にすると、ウエハWの端部の側面に酸素のGCIB23が照射されて当該側面からマスク層49が除去され(図7(B))、さらに、図6(C)に示すように、ウエハWの表面をGCIB照射装置13と反対側へ指向させると、ウエハWの端部の裏面に酸素のGCIB23が照射されて当該裏面からマスク層49が除去される(図7(C))。
In step S505 of FIG. 5, when the surface of the wafer W is directed to the
また、図5のステップS508において、図6(A)に示すように、ウエハWの表面をGCIB照射装置13へ指向させると、ウエハWの端部の表面に酸素のGCIB23が照射されて当該表面から端部貴金属層53が除去され(図8(A))、図6(B)に示すように、ウエハWを酸素のGCIB23に対してほぼ垂直にすると、ウエハWの端部の側面に酸素のGCIB23が照射されて当該側面から端部貴金属層53が除去され(図8(B))、さらに、図6(C)に示すように、ウエハWの表面をGCIB照射装置13と反対側へ指向させると、ウエハWの端部の裏面に酸素のGCIB23が照射されて当該裏面から端部貴金属層53が除去される(図8(C))。
In step S508 of FIG. 5, as shown in FIG. 6A, when the surface of the wafer W is directed to the
すなわち、本実施の形態に係る基板洗浄方法では、ステージ18をウエハWとともに首振り運動させることにより、ウエハWの端部の表面からだけではなく、端部の側面や裏面からマスク層49及び端部貴金属層53を確実に除去することができる。
That is, in the substrate cleaning method according to the present embodiment, the
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。 Although the present invention has been described using the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、ステップS505においてCF系のガスとしてCF4やC5F8のガスを供給したが、CF系のガスはこれらに限られず、SiO2やSiNと反応して生成物を可能なものであれば用いることができる。但し、分子量が大きいもの方が蒸気圧が低く、SiO2膜45やSiN膜46に吸着しやすいため、CF系のガスの分子をCxFyで表す場合、xやyが大きい方が好ましい。
For example, CF 4 or C 5 F 8 gas is supplied as a CF-based gas in step S505, but the CF-based gas is not limited to these, and any product capable of reacting with SiO 2 or SiN to produce a product. Can be used. However, the higher the molecular weight, the lower the vapor pressure, and the easier it is to adsorb to the SiO 2 film 45 or
さらに、ステップS506やステップS509において端部貴金属層53やマスク層49の除去の終点検出に質量ガス分析計15を用いたが、二次イオン質量分析(SIMS)計と同じイオン検出原理の分析計を用いてもよい。
Further, the
また、図6(C)に示すように、ウエハWの端部の裏面における端部貴金属層53やマスク層49を除去するために、ウエハWの表面がGCIB照射装置13と反対側を指向するようにステージ18を傾けると、ステージ18が酸素のGCIB23に直接照射されるおそれがあるため、図9に示すように、ステージ18において酸素のGCIB23に照射されるおそれがある部分、具体的には、ステージ18の端部近辺を、非金属材、例えば、シリコンからなる犠牲膜50で覆うのが好ましい。この場合、例え、酸素のGCIB23によって犠牲膜50からパーティクルが飛散しても、当該パーティクルはシリコンからなるため、ウエハWに付着してもウエハWが金属汚染されるのを防止することができる。
Further, as shown in FIG. 6C, in order to remove the end
GCIB照射装置13においてアパーチャー孔を有するアパーチャー板を設けると、酸素ガスクラスター32がアパーチャー板をスパッタしてアパーチャー板からパーティクルが発生し、該パーティクルがウエハWに付着するおそれがあるため、GCIB照射装置13はアパーチャー板を備えないが、アパーチャー板を非金属、例えば、シリコンで構成する場合、アパーチャー板から発生するパーティクルがウエハWに付着しても当該ウエハWが金属汚染されることはないため、図10に示すように、GCIB照射装置13にアパーチャー板51を設けてもよい。この場合、アパーチャー板51は加速器28及び永久磁石29の間においてアパーチャー板51も本体24内の横断面を覆うように配置され、本体24の中心軸に対応する部分にアパーチャー孔52を有する。アパーチャー板51はアパーチャー孔52により、加速器28によって加速された酸素ガスクラスター32のうち本体24の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター32のみを選別する。また、本体24を非金属、例えば、シリコンで構成する場合、ビーム通過孔31の径を縮小してアパーチャー孔として機能させてもよい。
If an aperture plate having aperture holes is provided in the
また、図5のウエハの端部洗浄処理は、貴金属膜が存在すれば、積層構造33以外の構成の積層構造を有するウエハWの端部における端部貴金属層の除去にも適用することができる。
5 can also be applied to the removal of the end noble metal layer at the end of the wafer W having a laminated structure other than the
本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ、例えば、コントロールユニット17に供給し、コントロールユニット17のCPUが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
An object of the present invention is to supply a computer, for example, the
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。 In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、RAM、NV−RAM、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD(DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW)等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のROM等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコントロールユニット17に供給されてもよい。
Examples of the storage medium for supplying the program code include RAM, NV-RAM, floppy (registered trademark) disk, hard disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD (DVD). -ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD + RW) and other optical disks, magnetic tapes, non-volatile memory cards, other ROMs, etc., as long as they can store the program code. Alternatively, the program code may be supplied to the
また、コントロールユニット17が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、CPU上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
Further, by executing the program code read by the
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コントロールユニット17に挿入された機能拡張ボードやコントロールユニット17に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
Furthermore, after the program code read from the storage medium is written to the memory provided in the function expansion board inserted into the
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、OSに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。 The form of the program code may include an object code, a program code executed by an interpreter, script data supplied to the OS, and the like.
W ウエハ
10 ウエハ端部洗浄装置
11 チャンバ
12 ウエハ保持ユニット
13 GCIB照射装置
16 処理ガスノズル
18 ステージ
22 シャドウウエハ
23 酸素のGCIB
49 マスク層
50 犠牲膜
53 端部貴金属層
49
Claims (13)
前記端部へ向けて酸素のGCIB(Gas Cluster Ion Beam)を照射するとともにCF系のガスを供給するシリコン系膜除去ステップと、
前記端部へ向けて酸素のGCIBを照射するとともに有機酸のガスを供給する貴金属膜除去ステップとを有することを特徴とする基板洗浄方法。 A substrate cleaning method for removing the silicon-based film and the noble metal film from a substrate having a noble metal film and a silicon-based film covering the noble metal film at an end,
A silicon-based film removing step of irradiating oxygen GCIB (Gas Cluster Ion Beam) toward the end and supplying a CF-based gas;
And a noble metal film removing step of irradiating GCIB of oxygen toward the end portion and supplying an organic acid gas.
前記端部へ向けて酸素のGCIBを照射する際、前記吸着台を前記基板とともに前記酸素のGCIBに対して首振り運動させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板洗浄方法。 Adsorbing the substrate to an adsorption table that swings against the GCIB of oxygen,
4. The apparatus according to claim 1, wherein when the oxygen GCIB is irradiated toward the end portion, the adsorption table is swung with respect to the oxygen GCIB together with the substrate. 5. Substrate cleaning method.
前記基板を吸着する吸着台と、
前記吸着台が吸着する基板の端部へ向けてCF系のガス及び有機酸のガスを供給するガス供給装置とを備え、
前記GCIB照射装置は前記端部の一部のみを前記酸素のGCIBで照射し、
前記吸着台は前記酸素のGCIBによって前記端部の全てが照射されるように前記基板を回転させることを特徴とする基板処理装置。 A GCIB irradiation apparatus for irradiating GCIB of oxygen toward an end portion of a substrate having a noble metal film and a silicon-based film covering the noble metal film;
An adsorption platform for adsorbing the substrate;
A gas supply device for supplying a CF-based gas and an organic acid gas toward the end of the substrate adsorbed by the adsorption table;
The GCIB irradiation apparatus irradiates only a part of the end with the oxygen GCIB,
The substrate processing apparatus, wherein the adsorption stage rotates the substrate so that all of the end portions are irradiated with the oxygen GCIB.
前記遮蔽基板は非金属からなることを特徴とする請求項6記載の基板処理装置。 A shielding substrate that covers the surface of the substrate and exposes an end of the substrate;
The substrate processing apparatus according to claim 6, wherein the shielding substrate is made of a nonmetal.
酸素のGCIBを照射し、
照射される酸素のGCIBの強度の初期値を計測し、
前記基板の端部を前記酸素のGCIBへ向けて移動させ、
前記基板の端部を移動させる間において前記酸素のGCIBの強度を計測し、
前記計測されている酸素のGCIBの強度が前記初期値よりも低下したとき、前記基板の移動を停止するとともに、前記基板の中心に関して前記基板を回転させ、
前記基板の端部へ向けてCF系のガスを供給し、
前記CF系のガス及び前記シリコン系膜の化学反応によって生じる反応生成物をモニタし、
前記反応生成物が検出されないとき、前記CF系のガスの供給を停止するとともに、前記基板の端部へ向けて有機酸のガスを供給し、
前記酸素のGCIBの照射によって生じる前記貴金属膜の酸化物が前記有機酸によって分解されて生じる飛散物中の貴金属をモニタし、
前記貴金属が検出されないとき、前記有機酸のガスの供給を停止するとともに、前記酸素のGCIBの照射も停止することを特徴とする基板洗浄方法。 A substrate cleaning method for removing the silicon-based film and the noble metal film from a substrate having a noble metal film and a silicon-based film covering the noble metal film at an end,
Irradiate with GCIB of oxygen,
Measure the initial value of the GCIB intensity of the irradiated oxygen,
Moving the edge of the substrate towards the oxygen GCIB;
Measure the GCIB intensity of the oxygen while moving the edge of the substrate,
When the measured GCIB strength of oxygen is lower than the initial value, the movement of the substrate is stopped, and the substrate is rotated with respect to the center of the substrate,
Supply CF gas toward the edge of the substrate,
Monitoring reaction products generated by chemical reaction of the CF-based gas and the silicon-based film;
When the reaction product is not detected, the supply of the CF-based gas is stopped, and an organic acid gas is supplied toward the edge of the substrate.
Monitoring the noble metal in the scattered matter generated by the decomposition of the oxide of the noble metal film generated by the GCIB irradiation of oxygen by the organic acid;
When the noble metal is not detected, supply of the organic acid gas is stopped, and irradiation of the oxygen GCIB is also stopped.
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US9735019B2 (en) | 2014-09-05 | 2017-08-15 | Tel Epion Inc. | Process gas enhancement for beam treatment of a substrate |
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