JP6322653B2 - 基板からカーボン材料を除去する方法 - Google Patents
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Description
表面の少なくとも一部上にカーボン膜を有する半導体基板を処理チャンバ内に供する工程;
硫酸並びに/又はその乾燥種及び前駆体を含む、前記基板表面を実質的に均一にコーティングするのに有効な量の液体硫酸組成物を第1供給ラインから前記基板表面へ供給する工程;
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物を水蒸気へ曝露する工程であって、前記水蒸気は、第2供給ラインから供給され、かつ、前記液体硫酸組成物の温度を、前記水蒸気へ曝露する前の前記液体硫酸組成物の温度よりも上昇させるのに有効な量であり、前記液体硫酸組成物は、前記水蒸気へ曝露される前は少なくとも130℃であって220℃未満で、かつ、前記基板表面上の前記液体硫酸組成物は、前記表面から前記カーボン膜の少なくとも一部を除去するための期間、水蒸気に曝露される、工程、
を有する。
シリコン窒化物及び/又は二酸化シリコンを含み、かつ、表面の少なくとも一部上にカーボン膜を有する半導体基板を処理チャンバ内に供する工程;
硫酸並びに/又はその乾燥種及び前駆体を含む、前記基板表面を実質的に均一にコーティングするのに有効な量の液体硫酸組成物を第1供給ラインから前記基板表面へ供給する工程;
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物を水蒸気へ曝露する工程であって、前記水蒸気は、第2供給ラインから供給され、かつ、前記液体硫酸組成物の温度を、前記水蒸気へ曝露する前の前記液体硫酸組成物の温度よりも上昇させるのに有効な量であり、
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物は、前記表面から前記カーボン膜の少なくとも一部を除去するための期間、水蒸気に曝露される一方で、毎分8Å未満の前記シリコン窒化物及び/又は二酸化シリコンが前記基板から除去される、工程、
を有する。
[実験方法]
A.実施例1〜5の試料の調製
イオン注入されたフォトレジストの除去の有効性を評価するため、以下のようにウエハ試料が調製された。
B.剥離効率の評価
処理後、試料は、明視野及び暗視野光学顕微鏡によって検査された。表1は、未加工のレジスト試料とパターニングされたレジスト試料の評価基準を示している。パターニングされた試料は様々なリソグラフィ試験パターンで構成される。パターニングされた試料上の微細線のアレイの剥離と未加工膜の剥離は、処理の剥離効率の指標の役割を果たす。
C.チャンバ温度の測定
処理チャンバの側部に投与された硫酸/過酸化水素の液体組成物が温度センサ41によって測定された。この温度は、1秒間隔で記録され、かつ、プロセス全体を通したチャンバ温度の温度履歴を供する。
D.ウエハ上の温度測定
ウエハ上の最大温度の測定は、特定の昇温で不可逆的に色を変化させるドットを有するようにウエハにラベルを取り付けることによって行われた(オメガエンジニアリング社のTL−10シリーズ)。ラベルは、剥離用化学物質からの保護用高温エポキシが取り付けられた0.7mmのガラスシートで覆われた。
E.処理プロセス
上述した方法で調製されたウエハは、TEL FSIから市販されているZETA(登録商標)噴霧処理装置内で処理された。
1.試料ウエハは、27のウエハキャリアカセットのスロット13に搬入され、かつ、他のスロットには上に何もないウエハが充填された。このカセット及び第2バランスカセットは回転台22上に搬入された。必要な場合には、第2試料ウエハがスロット15に搬入された。
2.回転台22は120rpmで回転され、再循環槽50からの加熱H2SO4(110℃)は、約5lpmの流量で3分間中央噴霧ポスト36と側部噴霧ポスト40の両方からウエハ上に供給された。50cc/分のH2O2が、最後の約1分間の供給中に流れに加えられた。この工程は、ウエハを完全に予備加熱及び濡れさせる役割を果たした。
3.回転台は120rpmで回転され、かつ、混合マニフォールド90からの900cc/分の新たな硫酸組成物(H2SO4とH2O2−SPM)の流れが、30秒間中央噴霧ポスト36から供給された。H2SO4は、H2O2が加えられる前にライン内のIRヒータによって95℃に予備加熱された。SPM組成物の混合比は、表2に列挙された処理の間で変化した。
4.プロセスは、上の3において6分間続けられた。ただし本発明の処理では、水蒸気を生成するため、約8lpmの95℃蒸留水44が回転台22上に供給されたのは除く。
5.蒸留水による6分間の洗浄後、試料は、80℃のSC−1溶液(NH4OH:H2O2:H2Oの体積比が1:1:15)によって75秒間処理された。
6.試料は蒸留水によって洗浄されてN2内で乾燥された。
[例]
例1:上からの処理プロセスEが、水蒸気を加えた状態と水蒸気を加えない状態でSPMの10:1混合物をもちいて2回実行された(表2の処理手順3と4)。チャンバ壁に抗するように投与された液体の温度が側部ボウル温度センサ41によって測定された。図4は2つの処理の温度プロファイルを示している。いずれの場合でも、5lpmの処理の最初の3分でH2SO4の再循環流は、側部ボウルセンサを約65℃に加熱した。3〜9分間、比較例である“SPM”のセンサ温度は約7℃〜58℃付近にまで低下した。対照的に、本発明の例である「SPM+水蒸気」は、同一期間中に60℃〜125℃上昇した。チャンバ内に水蒸気を加えることによって、投与した液体の温度は顕著に上昇した。
さらに比較例の処理と本発明の処理との間での温度上昇はH2O2濃度の上昇に伴って減少した。図6は、混合された際のSPMの温度とウエハ上の最大温度との温度差を示している。本発明の蒸気プロセスの利点はH2SO4濃度の減少に伴って減少する。ウエハ上の最大温度を実現するためには、高濃度のH2SO4が望ましい。
[例6]
例6は、如何にして基板表面上の液体硫酸組成物の水蒸気への曝露が、カーボン材料−たとえばアモルファスカーボン−の除去に用いられ得るのかを表している。
[結果]
結果は表4に示されている。5つの基板の視覚的検査は、2つのプロセス(区分1と2)が基板からa−C膜を除去し、かつ、3つのプロセス(区分3−5)がa−C膜を完全に除去できず、基板上に残留物を残したことを示した。これらの結果は、区分3−5において220℃に予備加熱されたH2SO4はa−C膜を完全に除去することはできなかったが、驚くべきことに、区分1−2において、SiN膜が低速でエッチングされる一方で、180℃の低温に予備加熱されたH2SO4は、a−C膜の選択的除去に非常に有効であることを示した。
Claims (32)
- 表面の少なくとも一部上にカーボン膜を有する半導体基板を処理チャンバ内に供する工程であって、前記カーボン膜は、アモルファスカーボン、ダイアモンド様カーボン及び/又はグラファイトカーボンを含む群から選択された材料を含む、工程;
硫酸並びに/又はその乾燥種及び前駆体を含む、前記基板表面を実質的に均一にコーティングするのに有効な量の液体硫酸組成物を第1供給ラインから前記基板表面へ供給する工程;
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物を水蒸気へ曝露する工程であって、前記水蒸気は、第2供給ラインから供給され、かつ、前記液体硫酸組成物の温度を、前記水蒸気へ曝露する前の前記液体硫酸組成物の温度よりも上昇させるのに有効な量であり、前記液体硫酸組成物は、前記水蒸気へ曝露される前は少なくとも130℃であって220℃未満である、工程;
を有する、半導体基板からカーボン材料を除去する方法であって、
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物は、前記表面から前記カーボン膜の少なくとも一部を除去するための期間、水蒸気に曝露され、
前記水蒸気及び前記液体硫酸組成物はエーロゾル液滴の形態で前記半導体基板上に供給される、方法。 - 酸化剤が、前記基板表面上の前記液体硫酸組成物を水蒸気へ曝露する前に前記液体硫酸組成物に加えられる、請求項1に記載の方法。
- 前記酸化剤が過酸化水素を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記過酸化水素に対する前記液体硫酸組成物の体積比が5:1乃至20:1の範囲内である、請求項3に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物は、前記過酸化水素が前記液体硫酸組成物へ加えられる前には少なくとも130℃でかつ220℃未満の温度である、請求項3に記載の方法。
- 前記カーボン膜が少なくとも100Åの厚さで供される、請求項1に記載の方法。
- 前記カーボン膜が少なくとも5000Åの厚さで供され、かつ、
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物は、前記カーボン膜の実質的にすべてを除去するため、2分以内の期間水蒸気に曝露される、
請求項1に記載の方法。 - 前記半導体基板を供する工程が:
前記半導体基板上にカーボン膜を堆積する工程;及び、
前記カーボン膜が存在する状態で前記半導体基板に少なくとも1つの処理を施す工程、
を有する、請求項1に記載の方法。 - 前記施す工程が:
前記カーボン膜をパターニングする工程;及び、
前記のパターニングされたカーボン膜をマスクとして用いることによって前記基板の特徴部位をエッチングする工程、
を有する、請求項8に記載の方法。 - 前記基板が、該基板の表面上への前記液体硫酸組成物の供給の少なくとも一部の間に回転している、請求項1に記載の方法。
- 前記水蒸気が、前記処理チャンバの外部で生成され、かつ、所望の水蒸気状態で前記処理チャンバへ導入される、請求項1に記載の方法。
- 前記水蒸気が、前記液体硫酸組成物への曝露前に85℃よりも高い温度である、請求項11に記載の方法。
- 前記水蒸気が、前記液体硫酸組成物への曝露前に120℃よりも高い温度である、請求項11に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物は水蒸気に曝露され、
前記水蒸気の量は、前記基板表面上の前記液体硫酸組成物の温度を、(i)前記水蒸気に曝露される前の前記液体硫酸組成物の温度と(ii)前記水蒸気の温度の両方よりも上昇させるのに有効な量である、
請求項1に記載の方法。 - 前記カーボン膜がアモルファスである、請求項1に記載の方法。
- 前記カーボン膜がドーピングされていないカーボン膜を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記カーボン膜が少なくとも1つのドーパントを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ドーパントが、B、P、As、Sb、Si、Ge、Ti、Ta、若しくはAl、又はこれら2つ以上を組み合わせたものを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記カーボン膜が、ハードマスク又はパターニングされたハードマスクである、請求項1に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が2分間以内の期間前記基板上に供給される、請求項1に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が1分間以内の期間前記基板上に供給される、請求項1に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が、前記水蒸気への曝露前では160℃乃至200℃の温度である、請求項1に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が、前記水蒸気への曝露前では160℃乃至180℃の温度である、請求項1に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が、前記水蒸気への曝露前では200℃乃至220℃未満の温度である、請求項1に記載の方法。
- 前記半導体基板がシリコン窒化物及び/又は二酸化シリコンを含む、請求項1に記載の方法。
- シリコン窒化物及び/又は二酸化シリコンを含み、かつ、表面の少なくとも一部上にカーボン膜を有する半導体基板を処理チャンバ内に供する工程であって、前記カーボン膜は、アモルファスカーボン、ダイアモンド様カーボン及び/又はグラファイトカーボンを含む群から選択された材料を含む、工程;
硫酸並びに/又はその乾燥種及び前駆体を含む、前記基板表面を実質的に均一にコーティングするのに有効な量の液体硫酸組成物を第1供給ラインから前記基板表面へ供給する工程;並びに、
前記基板表面上の前記液体硫酸組成物を水蒸気へ曝露する工程であって、前記水蒸気は、第2供給ラインから供給され、かつ、前記液体硫酸組成物の温度を、前記水蒸気へ曝露する前の前記液体硫酸組成物の温度よりも上昇させるのに有効な量であり、前記基板表面上の前記液体硫酸組成物は、前記表面から前記カーボン膜の少なくとも一部を除去するための期間、水蒸気に曝露される一方で、毎分8Å未満の前記シリコン窒化物及び/又は二酸化シリコンが前記基板から除去される、工程、
を有し、
前記水蒸気及び前記液体硫酸組成物はエーロゾル液滴の形態で前記半導体基板上に供給される半導体基板からカーボン材料を除去する方法。 - 過酸化水素は、前記基板表面上の前記液体硫酸組成物を水蒸気に曝露する前に前記液体硫酸組成物へ加えられる、請求項26に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が、前記水蒸気への曝露前では少なくとも130℃乃至220℃未満の温度である、請求項26に記載の方法。
- 前記液体硫酸組成物が、前記水蒸気への曝露前では少なくとも130℃の温度である、請求項26に記載の方法。
- 前記カーボン膜はドーピングされていないカーボン膜を含む、請求項26に記載の方法。
- 前記カーボン膜は少なくとも1つのドーパントを含有する、請求項26に記載の方法。
- 前記ドーパントは、B、P、As、Sb、Si、Ge、Ti、Ta、若しくはAl、又はこれらの2つ以上を組み合わせたものを含む、請求項31に記載の方法。
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