JP4891475B2 - エッチング処理した基板表面の洗浄方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に基板の製造に係り、詳しくはエッチング処理後の半導体ウェハの洗浄に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、半導体デバイスは半導体ウェハから製造されており、半導体ウェハには数多くの処理が施されている。これらの処理は、例えば、不純物注入、ゲート酸化物の形成、金属間酸化物蒸着、金属蒸着、フォトリソグラフィパターニング、エッチング処理、化学機械研磨（ＣＭＰ）等がある。
【０００３】
説明の便宜から、一般的な半導体集積回路（ＩＣ）デバイスの製造中に形成された積層の断面を図１に示す。ここで、図示されている層の上部、下部または中間部に追加の層が存在していてもよいことに留意されたい。
【０００４】
さらに、図示された層の全てが存在する必要はなく、いくつかまたは全ての層が多様な異なる層に置き換えられてもよい。
【０００５】
積層の底部には、基板１０が示されている。一般に二酸化シリコン（Ｓi Ｏ2 ）からなる酸化物層１１は、基板１０の表面上に形成されている。一般にＴi 、Ｔi Ｗ、Ｔi Ｎまたは適切な保護材料からなる保護層１２が、酸化物層１１の上に積層された金属層１３との間に配置されてもよい。保護層１２が配置された場合、該保護層１２はシリコン原子が酸化物層１１から金属層１３へ拡散することを実質的に防止するように機能する。
【０００６】
一般に、金属層１３は、アルミニウム、銅、または単一または複数の種々の金属合金、例えばＡl −Ｃu 、Ａl −Ｓi 、Ａl −Ｃu −Ｓi を含んでいる。また、金属層１３の上面には、反射防止膜（ＡＲＣ）層１４が形成されている。従来から知られているように、ＡＲＣ層１４は一般にＴi 、Ｔi ＮまたはＴi Ｗからなる。概して、ＡＲＣ層１４は、フォトリソグラフィ処理で使用される光が、金属層１３の表面で反射および散乱することを防止するために使用される。さらに、別の酸化物層１６がＡＲＣ層１４上に形成されている。この簡略化された例では、さらにフォトレジスト層１８が酸化物層１６上にスピンコーティングされ、パターニングされて、所望のエッチング個所にウインドウを形成する。周知のように、フォトレジスト層１８は、従来の写真フォトレジスト材料（photo-sensitive resist material ）で形成され、レチクルとステッパとを用いてパターニングされて、フォトレジスト層１８上の光波を選択的に通過させる層を示している。積層された層は、当業者にとって容易に認識可能であり、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、スピンコーティング等のような物理蒸着法（ＰＶＤ）を含む任意の数の周知の蒸着処理を用いて形成することができる。
【０００７】
この時点で、酸化物１６の部位を選択的に除去するために、エッチング処理２０が行われる。この例では、形状１７が酸化物１６内にエッチングされ、該形状１７は溝、バイアホール（via hole）、または他の任意の幾何学的パターンであってもよい。好ましくは、エッチング２０は酸化物１６を効果的にエッチング可能とすべく、良好な選択性を有するように選択される。しかしながら、エッチング処理中において、エッチングされている形状１７の側壁にポリマ層２２が形成されることが知られている。一般に、図示されたこのポリマ層２２は、王冠またはベール状をなしている。すなわち、側壁に沿って成長し、かつフォトレジスト層１８の上面にまで達している形状が観察されている。
【０００８】
ポリマ層２２の実際の組成は、エッチングされている材料、エッチング用に使用されている化学薬品、および下部の材料（例えば、ＡＲＣ層１４）に依存する。酸化物１６をプラズマエッチングするために使用される化学薬品は数多いが、一般的な化学薬品には、ＣＦ4 およびＯ2 、ＮＦ3 およびＣ4 Ｆ3 を含む。従って一般に、ポリマ層２２を構成する材料は、エッチング化学薬品成分、フォトレジストからの炭素、ＡＲＣ層１４や金属層１３の金属材料（例えば、Ｔi 、Ｔi Ｎ、Ａl 、Ｓi 、およびＣu ）などを含んだ酸化物である。
【０００９】
プラズマエッチングが行われた後、フォトレジスト層１８を除去するためにいわゆる灰化処理と呼ばれる処理が行われる。この灰化処理は、ポリマ層２２の一部を除去し得るが、大部分はエッチングされた酸化物層１６の側壁に残ってしまう。この残ったポリマ層２２を除去するために、従来は、ポリマ層２２を除去するように設計された液体を収容する化学槽の中にウェハを移動させる。化学槽の例は、カリフォルニア、ヘイウォードにあるＥＫＣ社から入手可能なＥＫＣ−２６５と呼ばれる化学薬品を含んでもよい。
【００１０】
化学槽で洗浄する処理はかっては使用されていたが、より小さなデバイス形状が求められるようになるにつれ、製造プロセスの全工程において非常にクリーンな環境が必要になってきている。あいにく、槽で洗浄する処理は、本質的に汚れた環境で行われ、従って、槽内で洗浄された物質が堆積したり、ウェハの他の部分に付着したり、あるいはその槽で洗浄される他のウェハに付着したりし得る。ある場合には、ポリマ層２２を構成している材料が、エッチングされた形状の底に留まることがあり、その酸化物の組成から、該形状における電気的な接触を妨げることがある（例えば、酸化物のエッチングされた形状を充填するために一旦次の金属形成工程が行われる場合）。従って、表面の微粒子および汚染物が集積回路デバイスの性能に有害な影響を及ぼし得る。
【００１１】
このような観点から、エッチングされた形状からプラズマエッチング後のポリマ材料を効果的に除去する改善された方法が必要とされている。除去は、ポリマ材料を充分に効果的に取り除くものでなければならず、処理中のウェハの他の表面部位を汚染させないようなものでなければならない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
概して、本発明は、半導体ウェハの所定の層のエッチングされた形状を効率的に洗浄する方法を提供することによってこれらのニーズを満たしている。好ましくは、その洗浄はエッチングされた形状からプラズマエッチング後のポリマを効率的に除去するように設計されている。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法として含む種々の形態で実現され得ることを認識されたい。以下に、本発明のいくつかの新規な実施の形態を説明する。
【００１３】
一実施の形態では、プロセス処理後の半導体ウェハの洗浄方法が開示される。
その方法は、フォトレジストマスクを有する酸化物層内の形状をプラズマエッチングする工程を含む。その後、半導体ウェハはフォトレジストマスクを除去するために灰化処理を通じて処理される。それから、半導体ウェハは、プラズマエッチング中に形状内および周囲に堆積したポリマ残留物を除去するように化学薬品を添加しながらスクラブ洗浄される。好適な実施の形態では、化学薬品は、（ａ）ＮＨ4 ＯＨ（水酸化アンモニウム）および純水の混合液、（ｂ）Ｈ2 Ｏ2 （過酸化水素），ＨＦ（フッ化水素），および純水の混合液、（ｃ）Ｈ2 Ｏ2 ，ＮＨ4 ＯＨおよび純水の混合液、および（ｄ）ＨＦ，および純水の混合液から１つ選択される。
【００１４】
別の実施の形態では、プラズマエッチング後の半導体ウェハの洗浄方法が開示される。半導体ウェハはその上部に形成された複数の層を有し、複数の層のうちの１つはフォトレジストマスクを有する酸化物層である。その方法は、酸化物層内の形状をプラズマエッチングする工程を含んでいる。プラズマエッチングでは、エッチングされた形状の側壁にポリマ膜が形成される。その後、フォトレジストマスクを除去するために灰化処理が行われる。それから、酸化物層およびプラズマエッチングされた形状は、化学薬品を用いてブラシスクラブ洗浄され、続いて純水で洗浄される。化学薬品は、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨおよび純水の混合液であり、ブラシスクラブ洗浄はプラズマエッチングされた形状の側壁からポリマ膜を除去するように行われる。さらに、化学薬品は希釈ＨＦであってもよい。
【００１５】
さらに別の実施の形態では、プラズマエッチング後の半導体ウェハの洗浄方法が開示される。半導体ウェハはその上部に形成された複数の層を有し、複数の層のうちの１つは上部にフォトレジストマスクを有する酸化物層である。その方法は、酸化物層内のバイア形状（via feature ）をプラズマエッチングする工程を含んでいる。プラズマエッチングでは、エッチングされたバイア形状の側壁にポリマ膜が形成される。その後、フォトレジストマスクを除去するために灰化処理が行われる。その後、酸化物層および該酸化物層中に形成されたバイア形状を、第１の化学薬品を用いて第１のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する工程に移行する。酸化物層およびバイア形状のブラシスクラブ洗浄を終了すると、第１のブラシステーション内で純水で洗浄する。続いて、酸化物層およびバイア形状を、第２の化学薬品を用いて第２のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する。かかる第２のブラシステーションでは、酸化物層およびバイア形状は純水でスクラブ洗浄される。第１および第２のブラシスクラブ工程は、バイア形状の側壁からポリマ膜を除去するように行われる。
【００１６】
プラズマエッチング後の洗浄が、ブラシスクラバーによって行われるために、先の化学槽を用いた場合よりも、スクラブ洗浄後のウェハ面がとても清浄であるという利点がある。さらに、バイアホール（例えば、約１〜２ｎｍ）内のポリマ材料を完全に除去することができる。従って、機械的な力（例えば、ブラシ洗浄）と化学薬品洗浄とを組み合わせることにより、プラズマエッチング後のバイア形状から残留物を確実に除去することができる。従って、本発明の方法を用いれば、プラズマエッチング処理後のウェハを効果的かつ簡便に洗浄することができ、また、洗浄後のウェハが清浄であることから、歩留まり向上の効果が得られる。
【００１７】
発明の他の側面および効果は、本発明の概念を例示する添付図面を考慮しながら以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
半導体ウェハの所定の層のエッチングされた形状の効果的な洗浄方法に関する発明を説明する。好ましくは、洗浄はエッチングされた形状内および周囲からプラズマエッチング後のポリマおよび他の微粒子を効率的に除去するように設計されている。しかしながら、本発明はこれらの明確な詳細のうちいくらかまたは全てがなくとも実現可能であることは当業者にとって明らかである。他の例では、本発明を不必要に不明瞭としないために、周知のプロセス処理の詳細は説明していない。
【００１９】
以下の説明では、図１Ｂ〜２Ｃを参照して、基板を処理する代表的な準備ユニットおよびそれらの概要を説明する。さらに、図３〜６のフローチャートはエッチング処理後にウェハを洗浄するための代表的な処理工程を示す。一実施の形態において、本発明の方法を用いれば、エッチング処理中に、あるいは微粒子や汚染物が生成するような他の処理中に堆積したポリマを効率的に洗浄することができる。
【００２０】
図１Ｂは、洗浄制御ステーション１０２によって自動的に制御される本発明のウェハ洗浄ステーション１００を示す。ウェハ洗浄ステーション１００は、送り側ステーション１０４、洗浄ステージ１０６、スピン洗浄及び乾燥（ＳＲＤ）ステーション１０８、および受け側ステーション１１０を含んでいる。洗浄システムは、洗浄、エッチング、研磨等のような異なる種類の基板の準備処理を実行するために使用することができる。これを念頭において、洗浄処理の大まかな概要を説明すると、まず最初に、半導体ウェハが送り側ステーション１０４内に装着される。そして、送り側ステーション１０４は、ウェハを（１回に１つづつ）洗浄ステージ１０６へ搬送する。本実施の形態においては、洗浄ステージ１０６は、第１洗浄ステージ１０６ａおよび第２洗浄ステージ１０６ｂに分割されている。もちろん、洗浄ステージ１０６が１つであっても動作可能である。ウェハは、洗浄ステージ１０６を通過した後、洗浄液および汚染物を除去するために排出噴霧器（exit spray）に通される。ＳＲＤステーション１０８は、ウェハを乾燥させ、そしてウェハは一時的な保管のために受け側ステーション１１０に搬送される。
【００２１】
図１Ｃは、代表的なウェハ洗浄ステーション１００のより詳細な概略図を示している。送り側ステーション１０４および受け側ステーション１１０はいずれも、多数のウェハを収容可能なカセットを搭載することができる。第１及び第２の洗浄ステージ１０６ａ，１０６ｂは、非常に柔軟でかつ多孔性のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ブラシ１２０を一対備えることとしても良い。周知のように、ブラシ１２０は繊細な表面を損傷させないようにウェハをスクラブ洗浄することが可能である。
【００２２】
図２Ａは、ウェハ１３０の上面および底面をそれぞれスクラブ洗浄するための一対のブラシ１２０ａ，１２０ｂの簡略化された立体図を示す。一般には、ブラシ１２０が回転軸のまわりを回転しつつ、ブラシの１２０の表面がウェハ１３０の表面と接触した状態で、ウェハ１３０が一定の方向に回転する。ブラシ１２０ａ，１２０ｂはブラシコア２００ａ，２００ｂに装着されている。ブラシコア２００は、流体注入口２０２を有するシャフト２０１を有するように形成されている。従って、流体注入口２０２により、所望の流体がブラシコア２００内に供給される。ブラシコア２００は、流体をブラシコア２００から均一に排出するとともに、同じ量の所望の流体をブラシ１２０に供給することを許容する複数の孔を有することとしてもよい。
【００２３】
図２Ｂ，２Ｃは、本発明の一実施の形態に従って、ウェハ１３０をスクラブ洗浄するための２つの異なる方位の断面を示す。図２Ｂに示すように、ウェハが水平に保持されている状態で、上部ブラシ１２０ａがウェハ１３０の上面をスクラブ洗浄し、底部ブラシ１２０ｂがウェハ１３０の底面をスクラブ洗浄する。上述したように、ウェハの全表面領域が適切にスクラブ洗浄されて、汚染物が除去され、所望量まで表面がエッチングされ、あるいは表面が研磨されるよう、ブラシ１２０が回転すると同時に、ウェハ１３０が（図示しないローラーによって）回転する。
【００２４】
これに対して、図２Ｃは、ウェハ１３０が垂直位置にある間にスクラブ洗浄する垂直ウェハスクラバー１００ｃを示す。一般に、ウェハ１３０はスクラバー１００ｃの一対のローラー上に位置する。均等かつ逆向きの圧力をウェハ１３０の各面に作用させて、ウェハ１３０の両面が均等にスクラブ洗浄されるようにブラシ１２０は所望の方向に回転される。垂直ウェハスクラブ洗浄に関する更なる情報については、ここに援用され、スティーブンス等（Stephens et al. ）を発明者とし「ウェハ洗浄装置」（Wafer Cleaning Apparatus）と題する米国特許第５，８７５，５０７号を参照されたい。
【００２５】
図３は、本発明の一実施の形態に従って、エッチング処理後に半導体ウェハを洗浄するときに実行される方法処理を記述したフローチャート３００である。その方法は、フォトレジストがパターニングされた酸化物層の半導体ウェハが準備される処理３０２から始まる。図１に示すように、半導体ウェハはその上部に形成された複数の層を有してもよく、所望の層をパターニングするためにフォトレジスト層が使用される。この例では、パターニングを必要とする層は酸化物層である。周知のように、一般に酸化物層は無機または有機の誘電材料であって、相互接続レベル（interconnect levels）と相互接続金属ライン（interconnect metallization lines）とを絶縁するために使用される。次いで、エッチングされた形状領域を定義すべくパターニングされたフォトレジストを用いて酸化物層のエッチングを行うために、プラズマエッチング処理が行われる処理３０４に移行する。一実施の形態では、プラズマエッチングはバイアホールのエッチング、コンタクトホールのエッチング、溝、および酸化物層内の他の形状をエッチングするために行われてもよい。
【００２６】
一般に、プラズマエッチング処理を行うと、エッチングされた形状の側壁にポリマ層が形成される。形成されたポリマは、プラズマエッチング化学薬品、フォトレジストからの炭素、エッチングされている酸化物層、およびエッチングされている酸化物層の下部にある材料からの成分からなる組成物であることが知られている。例えば、下部の層は反射防止膜（ＡＲＣ）のようなある種の金属層であってもよい。
【００２７】
パターニングされた酸化物層上からパターニングされたフォトレジストを除去するために、灰化処理が行われる処理３０６に移行する。灰化処理は、周知であり、フォトレジスト材料を除去するために共通して使用されている。灰化処理が完了し、フォトレジスト材料が除去されると、処理３０８において生成されたエッチングポリマおよび全ての灰化残留物を除去するために、ウェハはブラシスクラブシステムを通じて処理される。例えば、ブラシスクラブ処理は、処理された半導体ウェハの各面を均等にブラッシングするための一対のブラシを収容するブラシスクラブステーション内で行われてもよい。
【００２８】
好適な実施の形態において、ブラシスクラブ処理では、生成されたエッチングポリマおよび全ての灰化残留物、他の微粒子または汚染物の除去を促進する化学薬品が好ましくは添加される。例えば、ブラッシング処理は、表面のスクラブ洗浄を約１０秒から約４０秒にわたって行うことを許容すべく、ブラシを通じて（ＴＴＢ）化学薬品を供給しながら行われるように設計されている。エッチング後および灰化処理の前後におけるブラシスクラブ洗浄は、微粒子でウェハがさらに汚染されることが知られている従来の化学槽処理の技術とは、本質的に異なったものである。
【００２９】
代表的な化学薬品は、（ａ）アンモニア（ＮＨ4 ＯＨ）および純水（DI水）の混合液、（ｂ）過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ），フッ化水素（ＨＦ），および純水の混合液、（ｃ）過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ），アンモニア（ＮＨ4 ＯＨ），および純水の混合液、および（ｄ）ＨＦ，および純水の混合液を含む。係続中の米国特許出願に記載されているように、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、および純水の混合液は「ＳＣＩ」として参照されている。ウェハ洗浄処理に関する付加的な情報については、１９９７年１月３１日に出願され、「標準洗浄１（ＳＣ１）を使用した半導体基板の洗浄方法および装置」（Method And Apparatus For Cleaning Of Semiconductor Substrates Using Standard Clean 1(SC1) ）と題する共同所有の米国特許出願番号第０８／７９２，０９３号を参照されたい。この出願は、ここに援用されている。
【００３０】
化学薬品の添加およびスクラブ洗浄が所望の期間にわたって一旦行われると、同一のブラシスクラブステーション内のブラシを通じた純水洗浄を実行することにより方法が完結する。化学薬品を供給後に純水洗浄を行うブラシスクラブ処理は、非常に高い清浄度を達成可能であると同時に、エッチングされた酸化物層の形状内から生成されたエッチングポリマ、さらには灰化処理中に堆積し得る他の微粒子および汚染物質をも除去することができる。従って、本発明の方法は、灰化処理に続くエッチング後の処理として行われる非常に簡便な洗浄処理を可能とする。一旦、ブラシスクラブ処理３０８が行われると、ウェハは更なる処理へ移送されて、本発明の方法が終了する。
【００３１】
図４は、本発明の別の実施の形態に従うフローチャート４００を示す。この実施の形態において、処理３０２，３０４および３０６は、図３を参照して行った説明と同様に行われる。一旦、処理３０６においてフォトレジストを除去するために灰化処理を通じてウェハが処理されると、化学ブラシスクラブ処理を４０２で行うために、ウェハはブラシスクラブステーション内に移動される。この好適な実施の形態では、ブラシスクラブ処理は好ましくはブラシを通じて（ＴＴＢ）化学薬品の混合液を添加することを含む。
【００３２】
例えば、化学薬品の混合液はＨ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、および純水を含み、別の方法ではＳＣＩとして説明される。Ｈ2 Ｏ2 ：ＮＨ4 ＯＨ：純水の好ましい体積比は、それぞれ１０：１：１２０である。一般に、ＮＨ4 ＯＨは約２９％のＮＨ4 ＯＨと残りが純水とからなる貯蔵溶液として得られる。同様に、Ｈ2 Ｏ2 の貯蔵溶液は一般に約３０％のＨ2 Ｏ2 と残りが純水とからなる。従って、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、純水に対する１０：１：１２０という体積比は、貯蔵溶液の濃度を考慮すると、それに応じて実際には変わってくる。
【００３３】
処理において、化学ブラシスクラブ処理４０２は好ましくは、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、純水（例えば、ＳＣＩ）に対する最適な流量と、純水に対する個別の流量を有する。好ましくは、ブラシスクラブステーションは、毎分約２５０ｍｌの流量のＨ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨおよび純水と、毎分約２００ｍｌの流量の純水とを受ける混合マニホールドを有する。従って、これら２つの流れは、化学薬品添加物を所望のレベルにまで希釈するために混合マニホールド内で適切に混合され、希釈された化学薬品をウェハのブラシを介したスクラブ洗浄用の一対のブラシに添加される。
【００３４】
一実施の形態では、処理４０２におけるブラシスクラブの最適な時間は、約１０秒から約３０秒の範囲であり、最も好ましくは約２０秒間である。一旦、処理４０２における化学ブラシスクラブ処理が完了すると、方法は、純水ブラシスクラブ処理が同一のブラシスクラブステーション内で行われる処理４０４へ進む。この処理では、全ての遊離したエッチングポリマおよび他の残留物をさらに除去する洗浄を実行するために、毎分約２０００ｍｌから毎分約３０００ｍｌの範囲でブラシスクラブステーションのブラシへ配送される。また、純水ブラシスクラブ処理４０４は、化学ブラシスクラブ処理４０２からの化学薬品を洗い流し、そのためウェハが適切にクリーンであり次の製造処理に対する準備が整うことを確実にする。この時点で、この実施の形態の方法は終了する。
【００３５】
図５は、本発明の更に別の実施の形態に従うフローチャート５００を示す。処理３０２，３０４および３０６は、上記図３および４を参照して説明したものと実質的に同一である。ここで、方法は、生成されたエッチングポリマおよび灰化処理中に生成された残留物を除去するために、フッ酸（ＨＦ）化学薬品ブラシスクラブ処理がブラシスクラブステーションで行われる処理５０２へ進む。この実施の形態において、ＨＦ化学薬品は、１００：１の濃度比を有する希釈ＨＦ薬品である。すなわち、純水が１００に対して、ＨＦが１存在する。しかしながら、一般にＨＦの貯蔵溶液は、容積比で約４９％の純粋ＨＦを含む。従って、純水に対するＨＦの真の濃度比は実際には約１００：０．５である。その後、処理において、毎分約９００ｍｌの流量の純水に加えて、希釈HP溶液が毎分約２５０ｍｌで混合マニホールドに提供される。従って、希釈ＨＧおよび純水の流れは、ブラシスクラブステーション内でブラシに添加される前に混合マニホールド内で混合される。好適な実施の形態では、ブラシスクラブ処理は、約２０秒から約４０秒の期間行われ、最も好ましくは約３０秒間である。
【００３６】
一般に、ＨＦ化学ブラシスクラブ処理は、ＨＦが下部の層を攻撃しないように注意して行われる。処理５０２において一旦、ＨＦブラシスクラブ処理が行われると、方法は純水ブラシスクラブ処理がブラシスクラブステーション内で行われる処理５０４へ移行する。この実施の形態において、全ての遊離した残留物、微粒子に加えてブラシからの全てのＨＦ化学溶液を洗い流すために、毎分約２０００ｍｌから毎分３０００ｍｌの範囲でブラシスクラブステーションのブラシへ送られる。従って、この５０４の純水ブラシスクラブ処理は、他の層の更なる製造工程へ進む前に、ウェハの表面が清浄な状態に保たれることを確実にする。
【００３７】
図６は、本発明の更に別の実施の形態に従うフローチャート６００を示す。この実施の形態において、方法の処理３０２，３０４および３０６は上述した説明と実質的に同一である。この実施の形態において、ブラシスクラブシステムは第１のブラシスクラブステーションおよび第２のブラシスクラブステーションを含むことが考慮されている。例として、ブラシスクラブシステムは、上記図１Ｂおよび１Ｃ、すなわち２つの垂直ブラシスクラバーを参照した説明とほぼ同一であってもよい。
【００３８】
従って、方法は、第１の化学ブラシスクラブ処理が第１のブラシスクラブステーション内で行われる処理６０２へ進む。第１の化学ブラシスクラブ処理において、それぞれの容積比が１０：１：１２０であるＨ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、および純水（例えば、ＳＣＩ）を含む混合液がスクラブ処理中にブラシを通じて（ＴＴＢ）使用される。上述したように、ＮＨ4 ＯＨの貯蔵溶液は、一般に約２９％のＮＨ4 ＯＨであり、Ｈ2 Ｏ2 の貯蔵溶液は一般に約３０％のＨ2 Ｏ2 である。従って、体積比１０：１：１２０は、使用される貯蔵溶液に従って適切に修正される。
【００３９】
何れにしても、第１の化学ブラシスクラブ処理を行うため最適な流れは、毎分約２５０ｍｌのＳＣＩ（例えば、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、純水）と毎分約２００ｍｌの純水とを混合マニホールドを介して添加することである。従って、この希釈溶液は、第１のブラシスクラブステーション内で約１０秒から約３０秒の期間、第１のブラシスクラブ処理を行うためにブラシへ添加される。処理６０２において、一旦、第１の化学ブラシスクラブ処理が行われると、方法は、純水ブラシスクラブ処理が同じ第１のブラシスクラブステーション内で行われる処理６０４へ進む。好ましくは、ブラシは毎分約２２００ｍｌから毎分約３０００ｍｌの範囲の純水の流れによって洗い流される。一旦、処理６０４において、純水ブラシスクラブ処理が完了がすると、方法は第２の化学ブラシスクラブ処理が第２のブラシスクラブステーション内で行われる処理６０６に進む。
【００４０】
従って、ウェハは第２の化学ブラシスクラブ処理を行うために、第１のブラシスクラブステーションと第２のブラシスクラブステーションとの間を移動されなければならない。第２の化学ブラシスクラブ処理は、好ましくは、貯蔵溶液が体積比で約４９％のＨＦである約１００：１の体積比を有する希釈ＨＦ化学薬品の添加を含む。好ましくは、希釈ＨＦ溶液は毎分約２５０ｍｌの流量で添加されて、混合マニホールドを介して提供される毎分約９００ｍｌの純水と混合される。それから、混合マニホールドは、第２のブラシスクラブステーションのブラシへ希釈ＨＦ溶液をウェハへ添加するために適切に供給する。好ましくは、ブラシブラシスクラブ処理は、約２０秒から約４０秒の範囲で行われ、最も好ましくは約３０秒間である。
【００４１】
処理６０６において一旦、第２の化学ブラシスクラブ処理が完了すると、方法は、純水ブラシスクラブ処理が同一の第２のスクラブステーション内で行われる処理６０８へ進む。この純水ブラシスクラブ処理は、ウェハの洗浄を完了するために毎分約２２００ｍｌから毎分約３００ｍｌの間の純水をブラシを通じて（ＴＴＢ）供給するように行われる。
【００４２】
本発明は、例えば半導体ウェハ、平板ディスプレイ等のように任意の数の基板タイプをスクラブするように改良され得ることを再度認識されたい。さらに、本発明の方法は、例えば１００ｍｍウェハ、２００ｍｍウェハ、３００ｍｍウェハ、より小さなウェハ、より大きなウェハ等、任意のサイズのウェハの洗浄に同様に適用可能である。
【００４３】
ウェハ準備システム、技術、参考文献に関するさらなる情報については、共同所有の米国特許出願を参照されたい。（１）１９９５年１０月１３日に出願され、「ブラシを通じた化学薬品の搬送方法および装置」（Method and Apparatus for Chemical Delivery Through the Brush）と題する米国特許出願番号第０８／５４２，５３１号、および（２）１９９９年３月２６日に出願され、「圧力変動抑制システム」（Pressure Fluctuation Dampening System ）と題する米国特許出願番号第０９／２７７，７１２号。両米国特許出願は、ここに援用されている。
【００４４】
上述の発明について、理解を明瞭にするために幾分詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲内においてある程度の変更および改変が実施されてもよい。従って、本実施の形態は限定的ではなく例証的なものとして認識されるものであり、発明はここに示された詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内および均等な範囲内で改変されてもよい。
【００４５】
本発明は、添付の図面に関する以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。そして、同様の参照番号は同様の構成要素を指定している。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】上部に形成された層を有する半導体ウェハおよび関連するプラズマエッチング処理の説明図。
【図１Ｂ】洗浄制御システムによって自動的に制御され得る本発明のウェハ洗浄ステーションを示す説明図。
【図１Ｃ】本発明の一実施の形態に従う、一般的なウェハ洗浄ステーションのより詳細な概略図。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態に従い、ウェハの上面および底面をスクラブ洗浄する一対のブラシの簡略化した立体図。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態に従い、ウェハをスクラブ洗浄するための異なる２つの方位の断面図。
【図２Ｃ】本発明の一実施の形態に従い、ウェハをスクラブ洗浄するための異なる２つの方位の断面図。
【図３】本発明の一実施の形態に従い、エッチング処理が行われた後に、半導体ウェハの洗浄時に行われる方法処理を示すフローチャート。
【図４】本発明の別の実施の形態に従い、プラズマエッチング後の洗浄処理を示すフローチャート。
【図５】本発明のまた別の実施の形態に従い、プラズマエッチング後の洗浄処理を示すフローチャート。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態に従い、プラズマエッチング後の洗浄処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…基板
１１…酸化物層
１２…保護層
１３…金属層
１４…ＡＲＣ層
１６…酸化物層
１８…フォトレジスト層
２０…エッチング処理
２２…ポリマ層
１００…ウェハ洗浄ステーション
１００ｃ…垂直ウェハスクラバー
１０２…洗浄制御ステーション
１０４…送り側ステーション
１０６…洗浄ステージ
１０６ａ…第１洗浄ステージ
１０６ｂ…第２洗浄ステージ
１０８…ＳＲＤステーション
１１０…受け側ステーション
１２０…ブラシ
１２０ａ…上部ブラシ
１２０ｂ…底部ブラシ
１３０…ウェハ
２００…ブラシコア
２００ａ，２００ｂ…ブラシコア
２０１…シャフト
２０２…流体注入口
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に基板の製造に係り、詳しくはエッチング処理後の半導体ウェハの洗浄に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、半導体デバイスは半導体ウェハから製造されており、半導体ウェハには数多くの処理が施されている。これらの処理は、例えば、不純物注入、ゲート酸化物の形成、金属間酸化物蒸着、金属蒸着、フォトリソグラフィパターニング、エッチング処理、化学機械研磨（ＣＭＰ）等がある。
【０００３】
説明の便宜から、一般的な半導体集積回路（ＩＣ）デバイスの製造中に形成された積層の断面を図１に示す。ここで、図示されている層の上部、下部または中間部に追加の層が存在していてもよいことに留意されたい。
【０００４】
さらに、図示された層の全てが存在する必要はなく、いくつかまたは全ての層が多様な異なる層に置き換えられてもよい。
【０００５】
積層の底部には、基板１０が示されている。一般に二酸化シリコン（Ｓi Ｏ2 ）からなる酸化物層１１は、基板１０の表面上に形成されている。一般にＴi 、Ｔi Ｗ、Ｔi Ｎまたは適切な保護材料からなる保護層１２が、酸化物層１１の上に積層された金属層１３との間に配置されてもよい。保護層１２が配置された場合、該保護層１２はシリコン原子が酸化物層１１から金属層１３へ拡散することを実質的に防止するように機能する。
【０００６】
一般に、金属層１３は、アルミニウム、銅、または単一または複数の種々の金属合金、例えばＡl −Ｃu 、Ａl −Ｓi 、Ａl −Ｃu −Ｓi を含んでいる。また、金属層１３の上面には、反射防止膜（ＡＲＣ）層１４が形成されている。従来から知られているように、ＡＲＣ層１４は一般にＴi 、Ｔi ＮまたはＴi Ｗからなる。概して、ＡＲＣ層１４は、フォトリソグラフィ処理で使用される光が、金属層１３の表面で反射および散乱することを防止するために使用される。さらに、別の酸化物層１６がＡＲＣ層１４上に形成されている。この簡略化された例では、さらにフォトレジスト層１８が酸化物層１６上にスピンコーティングされ、パターニングされて、所望のエッチング個所にウインドウを形成する。周知のように、フォトレジスト層１８は、従来の写真フォトレジスト材料（photo-sensitive resist material ）で形成され、レチクルとステッパとを用いてパターニングされて、フォトレジスト層１８上の光波を選択的に通過させる層を示している。積層された層は、当業者にとって容易に認識可能であり、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、スピンコーティング等のような物理蒸着法（ＰＶＤ）を含む任意の数の周知の蒸着処理を用いて形成することができる。
【０００７】
この時点で、酸化物１６の部位を選択的に除去するために、エッチング処理２０が行われる。この例では、形状１７が酸化物１６内にエッチングされ、該形状１７は溝、バイアホール（via hole）、または他の任意の幾何学的パターンであってもよい。好ましくは、エッチング２０は酸化物１６を効果的にエッチング可能とすべく、良好な選択性を有するように選択される。しかしながら、エッチング処理中において、エッチングされている形状１７の側壁にポリマ層２２が形成されることが知られている。一般に、図示されたこのポリマ層２２は、王冠またはベール状をなしている。すなわち、側壁に沿って成長し、かつフォトレジスト層１８の上面にまで達している形状が観察されている。
【０００８】
ポリマ層２２の実際の組成は、エッチングされている材料、エッチング用に使用されている化学薬品、および下部の材料（例えば、ＡＲＣ層１４）に依存する。酸化物１６をプラズマエッチングするために使用される化学薬品は数多いが、一般的な化学薬品には、ＣＦ4 およびＯ2 、ＮＦ3 およびＣ4 Ｆ3 を含む。従って一般に、ポリマ層２２を構成する材料は、エッチング化学薬品成分、フォトレジストからの炭素、ＡＲＣ層１４や金属層１３の金属材料（例えば、Ｔi 、Ｔi Ｎ、Ａl 、Ｓi 、およびＣu ）などを含んだ酸化物である。
【０００９】
プラズマエッチングが行われた後、フォトレジスト層１８を除去するためにいわゆる灰化処理と呼ばれる処理が行われる。この灰化処理は、ポリマ層２２の一部を除去し得るが、大部分はエッチングされた酸化物層１６の側壁に残ってしまう。この残ったポリマ層２２を除去するために、従来は、ポリマ層２２を除去するように設計された液体を収容する化学槽の中にウェハを移動させる。化学槽の例は、カリフォルニア、ヘイウォードにあるＥＫＣ社から入手可能なＥＫＣ−２６５と呼ばれる化学薬品を含んでもよい。
【００１０】
化学槽で洗浄する処理はかっては使用されていたが、より小さなデバイス形状が求められるようになるにつれ、製造プロセスの全工程において非常にクリーンな環境が必要になってきている。あいにく、槽で洗浄する処理は、本質的に汚れた環境で行われ、従って、槽内で洗浄された物質が堆積したり、ウェハの他の部分に付着したり、あるいはその槽で洗浄される他のウェハに付着したりし得る。ある場合には、ポリマ層２２を構成している材料が、エッチングされた形状の底に留まることがあり、その酸化物の組成から、該形状における電気的な接触を妨げることがある（例えば、酸化物のエッチングされた形状を充填するために一旦次の金属形成工程が行われる場合）。従って、表面の微粒子および汚染物が集積回路デバイスの性能に有害な影響を及ぼし得る。
【００１１】
このような観点から、エッチングされた形状からプラズマエッチング後のポリマ材料を効果的に除去する改善された方法が必要とされている。除去は、ポリマ材料を充分に効果的に取り除くものでなければならず、処理中のウェハの他の表面部位を汚染させないようなものでなければならない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
概して、本発明は、半導体ウェハの所定の層のエッチングされた形状を効率的に洗浄する方法を提供することによってこれらのニーズを満たしている。好ましくは、その洗浄はエッチングされた形状からプラズマエッチング後のポリマを効率的に除去するように設計されている。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法として含む種々の形態で実現され得ることを認識されたい。以下に、本発明のいくつかの新規な実施の形態を説明する。
【００１３】
一実施の形態では、プロセス処理後の半導体ウェハの洗浄方法が開示される。
その方法は、フォトレジストマスクを有する酸化物層内の形状をプラズマエッチングする工程を含む。その後、半導体ウェハはフォトレジストマスクを除去するために灰化処理を通じて処理される。それから、半導体ウェハは、プラズマエッチング中に形状内および周囲に堆積したポリマ残留物を除去するように化学薬品を添加しながらスクラブ洗浄される。好適な実施の形態では、化学薬品は、（ａ）ＮＨ4 ＯＨ（水酸化アンモニウム）および純水の混合液、（ｂ）Ｈ2 Ｏ2 （過酸化水素），ＨＦ（フッ化水素），および純水の混合液、（ｃ）Ｈ2 Ｏ2 ，ＮＨ4 ＯＨおよび純水の混合液、および（ｄ）ＨＦ，および純水の混合液から１つ選択される。
【００１４】
別の実施の形態では、プラズマエッチング後の半導体ウェハの洗浄方法が開示される。半導体ウェハはその上部に形成された複数の層を有し、複数の層のうちの１つはフォトレジストマスクを有する酸化物層である。その方法は、酸化物層内の形状をプラズマエッチングする工程を含んでいる。プラズマエッチングでは、エッチングされた形状の側壁にポリマ膜が形成される。その後、フォトレジストマスクを除去するために灰化処理が行われる。それから、酸化物層およびプラズマエッチングされた形状は、化学薬品を用いてブラシスクラブ洗浄され、続いて純水で洗浄される。化学薬品は、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨおよび純水の混合液であり、ブラシスクラブ洗浄はプラズマエッチングされた形状の側壁からポリマ膜を除去するように行われる。さらに、化学薬品は希釈ＨＦであってもよい。
【００１５】
さらに別の実施の形態では、プラズマエッチング後の半導体ウェハの洗浄方法が開示される。半導体ウェハはその上部に形成された複数の層を有し、複数の層のうちの１つは上部にフォトレジストマスクを有する酸化物層である。その方法は、酸化物層内のバイア形状（via feature ）をプラズマエッチングする工程を含んでいる。プラズマエッチングでは、エッチングされたバイア形状の側壁にポリマ膜が形成される。その後、フォトレジストマスクを除去するために灰化処理が行われる。その後、酸化物層および該酸化物層中に形成されたバイア形状を、第１の化学薬品を用いて第１のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する工程に移行する。酸化物層およびバイア形状のブラシスクラブ洗浄を終了すると、第１のブラシステーション内で純水で洗浄する。続いて、酸化物層およびバイア形状を、第２の化学薬品を用いて第２のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する。かかる第２のブラシステーションでは、酸化物層およびバイア形状は純水でスクラブ洗浄される。第１および第２のブラシスクラブ工程は、バイア形状の側壁からポリマ膜を除去するように行われる。
【００１６】
プラズマエッチング後の洗浄が、ブラシスクラバーによって行われるために、先の化学槽を用いた場合よりも、スクラブ洗浄後のウェハ面がとても清浄であるという利点がある。さらに、バイアホール（例えば、約１〜２ｎｍ）内のポリマ材料を完全に除去することができる。従って、機械的な力（例えば、ブラシ洗浄）と化学薬品洗浄とを組み合わせることにより、プラズマエッチング後のバイア形状から残留物を確実に除去することができる。従って、本発明の方法を用いれば、プラズマエッチング処理後のウェハを効果的かつ簡便に洗浄することができ、また、洗浄後のウェハが清浄であることから、歩留まり向上の効果が得られる。
【００１７】
発明の他の側面および効果は、本発明の概念を例示する添付図面を考慮しながら以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
半導体ウェハの所定の層のエッチングされた形状の効果的な洗浄方法に関する発明を説明する。好ましくは、洗浄はエッチングされた形状内および周囲からプラズマエッチング後のポリマおよび他の微粒子を効率的に除去するように設計されている。しかしながら、本発明はこれらの明確な詳細のうちいくらかまたは全てがなくとも実現可能であることは当業者にとって明らかである。他の例では、本発明を不必要に不明瞭としないために、周知のプロセス処理の詳細は説明していない。
【００１９】
以下の説明では、図１Ｂ〜２Ｃを参照して、基板を処理する代表的な準備ユニットおよびそれらの概要を説明する。さらに、図３〜６のフローチャートはエッチング処理後にウェハを洗浄するための代表的な処理工程を示す。一実施の形態において、本発明の方法を用いれば、エッチング処理中に、あるいは微粒子や汚染物が生成するような他の処理中に堆積したポリマを効率的に洗浄することができる。
【００２０】
図１Ｂは、洗浄制御ステーション１０２によって自動的に制御される本発明のウェハ洗浄ステーション１００を示す。ウェハ洗浄ステーション１００は、送り側ステーション１０４、洗浄ステージ１０６、スピン洗浄及び乾燥（ＳＲＤ）ステーション１０８、および受け側ステーション１１０を含んでいる。洗浄システムは、洗浄、エッチング、研磨等のような異なる種類の基板の準備処理を実行するために使用することができる。これを念頭において、洗浄処理の大まかな概要を説明すると、まず最初に、半導体ウェハが送り側ステーション１０４内に装着される。そして、送り側ステーション１０４は、ウェハを（１回に１つづつ）洗浄ステージ１０６へ搬送する。本実施の形態においては、洗浄ステージ１０６は、第１洗浄ステージ１０６ａおよび第２洗浄ステージ１０６ｂに分割されている。もちろん、洗浄ステージ１０６が１つであっても動作可能である。ウェハは、洗浄ステージ１０６を通過した後、洗浄液および汚染物を除去するために排出噴霧器（exit spray）に通される。ＳＲＤステーション１０８は、ウェハを乾燥させ、そしてウェハは一時的な保管のために受け側ステーション１１０に搬送される。
【００２１】
図１Ｃは、代表的なウェハ洗浄ステーション１００のより詳細な概略図を示している。送り側ステーション１０４および受け側ステーション１１０はいずれも、多数のウェハを収容可能なカセットを搭載することができる。第１及び第２の洗浄ステージ１０６ａ，１０６ｂは、非常に柔軟でかつ多孔性のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ブラシ１２０を一対備えることとしても良い。周知のように、ブラシ１２０は繊細な表面を損傷させないようにウェハをスクラブ洗浄することが可能である。
【００２２】
図２Ａは、ウェハ１３０の上面および底面をそれぞれスクラブ洗浄するための一対のブラシ１２０ａ，１２０ｂの簡略化された立体図を示す。一般には、ブラシ１２０が回転軸のまわりを回転しつつ、ブラシの１２０の表面がウェハ１３０の表面と接触した状態で、ウェハ１３０が一定の方向に回転する。ブラシ１２０ａ，１２０ｂはブラシコア２００ａ，２００ｂに装着されている。ブラシコア２００は、流体注入口２０２を有するシャフト２０１を有するように形成されている。従って、流体注入口２０２により、所望の流体がブラシコア２００内に供給される。ブラシコア２００は、流体をブラシコア２００から均一に排出するとともに、同じ量の所望の流体をブラシ１２０に供給することを許容する複数の孔を有することとしてもよい。
【００２３】
図２Ｂ，２Ｃは、本発明の一実施の形態に従って、ウェハ１３０をスクラブ洗浄するための２つの異なる方位の断面を示す。図２Ｂに示すように、ウェハが水平に保持されている状態で、上部ブラシ１２０ａがウェハ１３０の上面をスクラブ洗浄し、底部ブラシ１２０ｂがウェハ１３０の底面をスクラブ洗浄する。上述したように、ウェハの全表面領域が適切にスクラブ洗浄されて、汚染物が除去され、所望量まで表面がエッチングされ、あるいは表面が研磨されるよう、ブラシ１２０が回転すると同時に、ウェハ１３０が（図示しないローラーによって）回転する。
【００２４】
これに対して、図２Ｃは、ウェハ１３０が垂直位置にある間にスクラブ洗浄する垂直ウェハスクラバー１００ｃを示す。一般に、ウェハ１３０はスクラバー１００ｃの一対のローラー上に位置する。均等かつ逆向きの圧力をウェハ１３０の各面に作用させて、ウェハ１３０の両面が均等にスクラブ洗浄されるようにブラシ１２０は所望の方向に回転される。垂直ウェハスクラブ洗浄に関する更なる情報については、ここに援用され、スティーブンス等（Stephens et al. ）を発明者とし「ウェハ洗浄装置」（Wafer Cleaning Apparatus）と題する米国特許第５，８７５，５０７号を参照されたい。
【００２５】
図３は、本発明の一実施の形態に従って、エッチング処理後に半導体ウェハを洗浄するときに実行される方法処理を記述したフローチャート３００である。その方法は、フォトレジストがパターニングされた酸化物層の半導体ウェハが準備される処理３０２から始まる。図１に示すように、半導体ウェハはその上部に形成された複数の層を有してもよく、所望の層をパターニングするためにフォトレジスト層が使用される。この例では、パターニングを必要とする層は酸化物層である。周知のように、一般に酸化物層は無機または有機の誘電材料であって、相互接続レベル（interconnect levels）と相互接続金属ライン（interconnect metallization lines）とを絶縁するために使用される。次いで、エッチングされた形状領域を定義すべくパターニングされたフォトレジストを用いて酸化物層のエッチングを行うために、プラズマエッチング処理が行われる処理３０４に移行する。一実施の形態では、プラズマエッチングはバイアホールのエッチング、コンタクトホールのエッチング、溝、および酸化物層内の他の形状をエッチングするために行われてもよい。
【００２６】
一般に、プラズマエッチング処理を行うと、エッチングされた形状の側壁にポリマ層が形成される。形成されたポリマは、プラズマエッチング化学薬品、フォトレジストからの炭素、エッチングされている酸化物層、およびエッチングされている酸化物層の下部にある材料からの成分からなる組成物であることが知られている。例えば、下部の層は反射防止膜（ＡＲＣ）のようなある種の金属層であってもよい。
【００２７】
パターニングされた酸化物層上からパターニングされたフォトレジストを除去するために、灰化処理が行われる処理３０６に移行する。灰化処理は、周知であり、フォトレジスト材料を除去するために共通して使用されている。灰化処理が完了し、フォトレジスト材料が除去されると、処理３０８において生成されたエッチングポリマおよび全ての灰化残留物を除去するために、ウェハはブラシスクラブシステムを通じて処理される。例えば、ブラシスクラブ処理は、処理された半導体ウェハの各面を均等にブラッシングするための一対のブラシを収容するブラシスクラブステーション内で行われてもよい。
【００２８】
好適な実施の形態において、ブラシスクラブ処理では、生成されたエッチングポリマおよび全ての灰化残留物、他の微粒子または汚染物の除去を促進する化学薬品が好ましくは添加される。例えば、ブラッシング処理は、表面のスクラブ洗浄を約１０秒から約４０秒にわたって行うことを許容すべく、ブラシを通じて（ＴＴＢ）化学薬品を供給しながら行われるように設計されている。エッチング後および灰化処理の前後におけるブラシスクラブ洗浄は、微粒子でウェハがさらに汚染されることが知られている従来の化学槽処理の技術とは、本質的に異なったものである。
【００２９】
代表的な化学薬品は、（ａ）アンモニア（ＮＨ4 ＯＨ）および純水（DI水）の混合液、（ｂ）過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ），フッ化水素（ＨＦ），および純水の混合液、（ｃ）過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ），アンモニア（ＮＨ4 ＯＨ），および純水の混合液、および（ｄ）ＨＦ，および純水の混合液を含む。係続中の米国特許出願に記載されているように、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、および純水の混合液は「ＳＣＩ」として参照されている。ウェハ洗浄処理に関する付加的な情報については、１９９７年１月３１日に出願され、「標準洗浄１（ＳＣ１）を使用した半導体基板の洗浄方法および装置」（Method And Apparatus For Cleaning Of Semiconductor Substrates Using Standard Clean 1(SC1) ）と題する共同所有の米国特許出願番号第０８／７９２，０９３号を参照されたい。この出願は、ここに援用されている。
【００３０】
化学薬品の添加およびスクラブ洗浄が所望の期間にわたって一旦行われると、同一のブラシスクラブステーション内のブラシを通じた純水洗浄を実行することにより方法が完結する。化学薬品を供給後に純水洗浄を行うブラシスクラブ処理は、非常に高い清浄度を達成可能であると同時に、エッチングされた酸化物層の形状内から生成されたエッチングポリマ、さらには灰化処理中に堆積し得る他の微粒子および汚染物質をも除去することができる。従って、本発明の方法は、灰化処理に続くエッチング後の処理として行われる非常に簡便な洗浄処理を可能とする。一旦、ブラシスクラブ処理３０８が行われると、ウェハは更なる処理へ移送されて、本発明の方法が終了する。
【００３１】
図４は、本発明の別の実施の形態に従うフローチャート４００を示す。この実施の形態において、処理３０２，３０４および３０６は、図３を参照して行った説明と同様に行われる。一旦、処理３０６においてフォトレジストを除去するために灰化処理を通じてウェハが処理されると、化学ブラシスクラブ処理を４０２で行うために、ウェハはブラシスクラブステーション内に移動される。この好適な実施の形態では、ブラシスクラブ処理は好ましくはブラシを通じて（ＴＴＢ）化学薬品の混合液を添加することを含む。
【００３２】
例えば、化学薬品の混合液はＨ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、および純水を含み、別の方法ではＳＣＩとして説明される。Ｈ2 Ｏ2 ：ＮＨ4 ＯＨ：純水の好ましい体積比は、それぞれ１０：１：１２０である。一般に、ＮＨ4 ＯＨは約２９％のＮＨ4 ＯＨと残りが純水とからなる貯蔵溶液として得られる。同様に、Ｈ2 Ｏ2 の貯蔵溶液は一般に約３０％のＨ2 Ｏ2 と残りが純水とからなる。従って、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、純水に対する１０：１：１２０という体積比は、貯蔵溶液の濃度を考慮すると、それに応じて実際には変わってくる。
【００３３】
処理において、化学ブラシスクラブ処理４０２は好ましくは、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、純水（例えば、ＳＣＩ）に対する最適な流量と、純水に対する個別の流量を有する。好ましくは、ブラシスクラブステーションは、毎分約２５０ｍｌの流量のＨ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨおよび純水と、毎分約２００ｍｌの流量の純水とを受ける混合マニホールドを有する。従って、これら２つの流れは、化学薬品添加物を所望のレベルにまで希釈するために混合マニホールド内で適切に混合され、希釈された化学薬品をウェハのブラシを介したスクラブ洗浄用の一対のブラシに添加される。
【００３４】
一実施の形態では、処理４０２におけるブラシスクラブの最適な時間は、約１０秒から約３０秒の範囲であり、最も好ましくは約２０秒間である。一旦、処理４０２における化学ブラシスクラブ処理が完了すると、方法は、純水ブラシスクラブ処理が同一のブラシスクラブステーション内で行われる処理４０４へ進む。この処理では、全ての遊離したエッチングポリマおよび他の残留物をさらに除去する洗浄を実行するために、毎分約２０００ｍｌから毎分約３０００ｍｌの範囲でブラシスクラブステーションのブラシへ配送される。また、純水ブラシスクラブ処理４０４は、化学ブラシスクラブ処理４０２からの化学薬品を洗い流し、そのためウェハが適切にクリーンであり次の製造処理に対する準備が整うことを確実にする。この時点で、この実施の形態の方法は終了する。
【００３５】
図５は、本発明の更に別の実施の形態に従うフローチャート５００を示す。処理３０２，３０４および３０６は、上記図３および４を参照して説明したものと実質的に同一である。ここで、方法は、生成されたエッチングポリマおよび灰化処理中に生成された残留物を除去するために、フッ酸（ＨＦ）化学薬品ブラシスクラブ処理がブラシスクラブステーションで行われる処理５０２へ進む。この実施の形態において、ＨＦ化学薬品は、１００：１の濃度比を有する希釈ＨＦ薬品である。すなわち、純水が１００に対して、ＨＦが１存在する。しかしながら、一般にＨＦの貯蔵溶液は、容積比で約４９％の純粋ＨＦを含む。従って、純水に対するＨＦの真の濃度比は実際には約１００：０．５である。その後、処理において、毎分約９００ｍｌの流量の純水に加えて、希釈HP溶液が毎分約２５０ｍｌで混合マニホールドに提供される。従って、希釈ＨＧおよび純水の流れは、ブラシスクラブステーション内でブラシに添加される前に混合マニホールド内で混合される。好適な実施の形態では、ブラシスクラブ処理は、約２０秒から約４０秒の期間行われ、最も好ましくは約３０秒間である。
【００３６】
一般に、ＨＦ化学ブラシスクラブ処理は、ＨＦが下部の層を攻撃しないように注意して行われる。処理５０２において一旦、ＨＦブラシスクラブ処理が行われると、方法は純水ブラシスクラブ処理がブラシスクラブステーション内で行われる処理５０４へ移行する。この実施の形態において、全ての遊離した残留物、微粒子に加えてブラシからの全てのＨＦ化学溶液を洗い流すために、毎分約２０００ｍｌから毎分３０００ｍｌの範囲でブラシスクラブステーションのブラシへ送られる。従って、この５０４の純水ブラシスクラブ処理は、他の層の更なる製造工程へ進む前に、ウェハの表面が清浄な状態に保たれることを確実にする。
【００３７】
図６は、本発明の更に別の実施の形態に従うフローチャート６００を示す。この実施の形態において、方法の処理３０２，３０４および３０６は上述した説明と実質的に同一である。この実施の形態において、ブラシスクラブシステムは第１のブラシスクラブステーションおよび第２のブラシスクラブステーションを含むことが考慮されている。例として、ブラシスクラブシステムは、上記図１Ｂおよび１Ｃ、すなわち２つの垂直ブラシスクラバーを参照した説明とほぼ同一であってもよい。
【００３８】
従って、方法は、第１の化学ブラシスクラブ処理が第１のブラシスクラブステーション内で行われる処理６０２へ進む。第１の化学ブラシスクラブ処理において、それぞれの容積比が１０：１：１２０であるＨ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、および純水（例えば、ＳＣＩ）を含む混合液がスクラブ処理中にブラシを通じて（ＴＴＢ）使用される。上述したように、ＮＨ4 ＯＨの貯蔵溶液は、一般に約２９％のＮＨ4 ＯＨであり、Ｈ2 Ｏ2 の貯蔵溶液は一般に約３０％のＨ2 Ｏ2 である。従って、体積比１０：１：１２０は、使用される貯蔵溶液に従って適切に修正される。
【００３９】
何れにしても、第１の化学ブラシスクラブ処理を行うため最適な流れは、毎分約２５０ｍｌのＳＣＩ（例えば、Ｈ2 Ｏ2 、ＮＨ4 ＯＨ、純水）と毎分約２００ｍｌの純水とを混合マニホールドを介して添加することである。従って、この希釈溶液は、第１のブラシスクラブステーション内で約１０秒から約３０秒の期間、第１のブラシスクラブ処理を行うためにブラシへ添加される。処理６０２において、一旦、第１の化学ブラシスクラブ処理が行われると、方法は、純水ブラシスクラブ処理が同じ第１のブラシスクラブステーション内で行われる処理６０４へ進む。好ましくは、ブラシは毎分約２２００ｍｌから毎分約３０００ｍｌの範囲の純水の流れによって洗い流される。一旦、処理６０４において、純水ブラシスクラブ処理が完了がすると、方法は第２の化学ブラシスクラブ処理が第２のブラシスクラブステーション内で行われる処理６０６に進む。
【００４０】
従って、ウェハは第２の化学ブラシスクラブ処理を行うために、第１のブラシスクラブステーションと第２のブラシスクラブステーションとの間を移動されなければならない。第２の化学ブラシスクラブ処理は、好ましくは、貯蔵溶液が体積比で約４９％のＨＦである約１００：１の体積比を有する希釈ＨＦ化学薬品の添加を含む。好ましくは、希釈ＨＦ溶液は毎分約２５０ｍｌの流量で添加されて、混合マニホールドを介して提供される毎分約９００ｍｌの純水と混合される。それから、混合マニホールドは、第２のブラシスクラブステーションのブラシへ希釈ＨＦ溶液をウェハへ添加するために適切に供給する。好ましくは、ブラシブラシスクラブ処理は、約２０秒から約４０秒の範囲で行われ、最も好ましくは約３０秒間である。
【００４１】
処理６０６において一旦、第２の化学ブラシスクラブ処理が完了すると、方法は、純水ブラシスクラブ処理が同一の第２のスクラブステーション内で行われる処理６０８へ進む。この純水ブラシスクラブ処理は、ウェハの洗浄を完了するために毎分約２２００ｍｌから毎分約３００ｍｌの間の純水をブラシを通じて（ＴＴＢ）供給するように行われる。
【００４２】
本発明は、例えば半導体ウェハ、平板ディスプレイ等のように任意の数の基板タイプをスクラブするように改良され得ることを再度認識されたい。さらに、本発明の方法は、例えば１００ｍｍウェハ、２００ｍｍウェハ、３００ｍｍウェハ、より小さなウェハ、より大きなウェハ等、任意のサイズのウェハの洗浄に同様に適用可能である。
【００４３】
ウェハ準備システム、技術、参考文献に関するさらなる情報については、共同所有の米国特許出願を参照されたい。（１）１９９５年１０月１３日に出願され、「ブラシを通じた化学薬品の搬送方法および装置」（Method and Apparatus for Chemical Delivery Through the Brush）と題する米国特許出願番号第０８／５４２，５３１号、および（２）１９９９年３月２６日に出願され、「圧力変動抑制システム」（Pressure Fluctuation Dampening System ）と題する米国特許出願番号第０９／２７７，７１２号。両米国特許出願は、ここに援用されている。
【００４４】
上述の発明について、理解を明瞭にするために幾分詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲内においてある程度の変更および改変が実施されてもよい。従って、本実施の形態は限定的ではなく例証的なものとして認識されるものであり、発明はここに示された詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内および均等な範囲内で改変されてもよい。
【００４５】
本発明は、添付の図面に関する以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。そして、同様の参照番号は同様の構成要素を指定している。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】上部に形成された層を有する半導体ウェハおよび関連するプラズマエッチング処理の説明図。
【図１Ｂ】洗浄制御システムによって自動的に制御され得る本発明のウェハ洗浄ステーションを示す説明図。
【図１Ｃ】本発明の一実施の形態に従う、一般的なウェハ洗浄ステーションのより詳細な概略図。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態に従い、ウェハの上面および底面をスクラブ洗浄する一対のブラシの簡略化した立体図。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態に従い、ウェハをスクラブ洗浄するための異なる２つの方位の断面図。
【図２Ｃ】本発明の一実施の形態に従い、ウェハをスクラブ洗浄するための異なる２つの方位の断面図。
【図３】本発明の一実施の形態に従い、エッチング処理が行われた後に、半導体ウェハの洗浄時に行われる方法処理を示すフローチャート。
【図４】本発明の別の実施の形態に従い、プラズマエッチング後の洗浄処理を示すフローチャート。
【図５】本発明のまた別の実施の形態に従い、プラズマエッチング後の洗浄処理を示すフローチャート。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態に従い、プラズマエッチング後の洗浄処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…基板
１１…酸化物層
１２…保護層
１３…金属層
１４…ＡＲＣ層
１６…酸化物層
１８…フォトレジスト層
２０…エッチング処理
２２…ポリマ層
１００…ウェハ洗浄ステーション
１００ｃ…垂直ウェハスクラバー
１０２…洗浄制御ステーション
１０４…送り側ステーション
１０６…洗浄ステージ
１０６ａ…第１洗浄ステージ
１０６ｂ…第２洗浄ステージ
１０８…ＳＲＤステーション
１１０…受け側ステーション
１２０…ブラシ
１２０ａ…上部ブラシ
１２０ｂ…底部ブラシ
１３０…ウェハ
２００…ブラシコア
２００ａ，２００ｂ…ブラシコア
２０１…シャフト
２０２…流体注入口
Claims (17)
- 半導体ウェハの洗浄方法であって、
フォトレジストマスクを有する酸化物層にパターンをプラズマエッチングする工程と、
前記フォトレジストマスクを除去するために前記半導体ウェハを灰化する工程と、
第１のブラシスクラブステーションにて各成分の濃度比が１０：１：１２０に調整されているＨ 2 Ｏ 2 、ＮＨ 4 ＯＨおよび純水の混合液である第１の化学薬品を添加しながら前記半導体ウェハをスクラブ洗浄することにより、前記プラズマエッチング中に前記パターン内に堆積したポリマ残留物を除去する工程と
第２のブラシスクラブステーションにて各成分の濃度比が１：１００に調整されているＨＦおよび純水の混合液である第２の化学薬品を添加しながら前記半導体ウェハをスクラブ洗浄することにより、前記プラズマエッチング中に前記パターン内に堆積したポリマ残留物を除去する工程と
を備えることを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記Ｈ2Ｏ2、ＮＨ4ＯＨおよび純水の混合液を毎分２５０ｍｌの流量で前記第１のブラシスクラブステーションの混合マニホールドに供給し、加えて第２の純水を毎分２００ｍｌの流量で該混合マニホールドに供給するとともに、
前記混合マニホールドは、前記第１のブラシスクラブステーションに設けられたブラシに前記第１の化学薬品の流体を供給して、前記半導体ウェハのスクラブ洗浄を行うよう構成されている方法。 - 請求項１に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記ＨＦおよび純水の混合液を毎分２５０ｍｌの流量で前記第２のブラシスクラブステーションの混合マニホールドに供給し、加えて第２の純水を毎分９００ｍｌの流量で該混合マニホールドに供給するとともに、
前記混合マニホールドは、前記第２のブラシスクラブステーションに設けられたブラシに前記第２の化学薬品の流体を供給して、前記半導体ウェハのスクラブ洗浄を行うよう構成されている方法。 - 請求項２に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記スクラブ洗浄を、１０秒間から３０秒間の範囲で行う方法。 - 請求項３に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記スクラブ洗浄を、２０秒間から４０秒間の範囲で行う方法。 - 請求項４に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記化学薬品を用いてスクラブ洗浄を行った後に、前記半導体ウェハを純水で洗浄しながらスクラブ洗浄する工程を、更に備えている方法。 - 請求項５に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記化学薬品を用いてスクラブ洗浄を行った後に、前記半導体ウェハを純水で洗浄しながらスクラブ洗浄する工程を、更に備えている方法。 - フォトレジストマスクを有する酸化物層を含む複数の層が積層された半導体ウェハをプラズマエッチングした後、該半導体ウェハを洗浄する方法であって、
前記酸化物層にパターンをエッチングすることにより、該エッチングしたパターンの側壁にポリマ膜が形成される工程と、
前記フォトレジストマスクを除去するために灰化処理を行う工程と、
Ｈ2Ｏ2、ＮＨ4ＯＨおよび純水の混合液である第１の化学薬品を用いて、前記酸化物層および前記プラズマエッチングされたパターンをブラシスクラブ洗浄した後、純水で洗浄しながらブラシスクラブ洗浄する工程と
前記酸化物層と前記プラズマエッチングされたパターンを、ＨＦおよび純水の混合液である第２の化学薬品を用いてスクラブ洗浄した後、第２の純水で洗浄しながらスクラブ洗浄する第２のブラシスクラブ洗浄工程とを備え、
前記第１および第２の化学薬品に続いて前記純水洗浄しながらスクラブ洗浄する工程は、前記プラズマエッチングされたパターンの側壁から、前記ポリマ膜を除去する工程である方法。 - 請求項８に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
Ｈ2Ｏ2、ＮＨ4ＯＨおよび純水を用いたブラシスクラブ洗浄工程を、１０秒間から３０秒間の範囲で行う方法。 - 請求項８に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
ＨＦおよび純水を用いた前記第２のブラシスクラブ洗浄工程を、２０秒間から４０秒間の範囲で行う方法。 - 請求項９に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記Ｈ2Ｏ2、ＮＨ4ＯＨおよび純水の混合液が、各成分の濃度比が１０：１：１２０に調整されている方法。 - 請求項１０に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記ＨＦおよび純水の混合液が、各成分の濃度比が１：１００に調整されている方法。 - 請求項１２に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記ＨＦおよび純水を毎分２５０ｍｌの流量でブラシスクラブステーションの混合マニホールドに供給し、加えて、第２の純水を毎分９００ｍｌの流量で該混合マニホールドに供給するとともに、
前記混合マニホールドは、前記ブラシスクラブステーションに設けられたブラシに化学薬品の流体を供給して、前記半導体ウェハのスクラブ洗浄を行うよう構成されている方法。 - 請求項１１に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記Ｈ2Ｏ2、ＮＨ4ＯＨおよび純水を毎分２５０ｍｌの流量でブラシスクラブステーションの混合マニホールドに供給し、加えて、第２の純水を毎分２００ｍｌの流量で該混合マニホールドに供給するとともに、
前記混合マニホールドは、前記ブラシスクラブステーションに設けられたブラシに化学薬品の流体を供給して、前記半導体ウェハのスクラブ洗浄を行うよう構成されている方法。 - フォトレジストマスクを有する酸化物層を１層含んで複数の層が積層された半導体ウェハをプラズマエッチングした後、該半導体ウェハを洗浄する方法であって、
前記酸化物層にバイアパターンをエッチングすることにより、該エッチングしたバイアパターンの側壁にポリマ膜が形成される工程と、
前記フォトレジストマスクを除去するために灰化処理を行う工程と、
前記酸化物層および同酸化物層内に形成されたバイアパターンを、Ｈ 2 Ｏ 2 、ＮＨ 4 ＯＨおよび純水を含む混合液である第１の化学薬品を用いて第１のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する工程と、
前記酸化物層およびバイアパターンを、純水を用いて前記第１のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する工程と、
前記酸化物層およびバイアパターンを、ＨＦおよび純水を含んだ混合液である第２の化学薬品を用いて第２のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する工程と、
前記酸化物層およびバイアパターンを、純水を用いて第２のブラシステーション内でブラシスクラブ洗浄する工程と
を備え、
前記第１及び第２のブラシステーション内のブラシスクラブ洗浄工程は、前記バイアパターンの側壁から、前記ポリマ膜を除去する工程である方法。 - 請求項１５に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記Ｈ2Ｏ2、ＮＨ4ＯＨおよび純水の混合液は、各成分の濃度比が１０：１：１２０に調整されており、
前記ＨＦおよび純水の混合液は、各成分の濃度比が１：１００に調整されている方法。 - 請求項１５に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記第１の化学薬品を用いたブラシスクラブ洗浄工程を、１０秒間から３０秒間の範囲で行うとともに、
前記第２の化学薬品を用いたブラシスクラブ洗浄工程を、２０秒間から４０秒間の範囲で行う方法。
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