JP7342112B2 - 洗浄および表面処理のための原子状酸素およびオゾン装置 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は一般に、機器を洗浄するための装置および方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、酸素洗浄チャンバ、および基板を原子状酸素洗浄する方法に関する。

半導体デバイスの洗浄では、基板の表面から汚染物質を除去し、それによって表面を清浄にしておくことがしばしば望ましい。洗浄しない場合には、半導体デバイス性能に否定的な影響を与える汚染物質が存在する可能性がある。基板などの半導体デバイス、フォトマスクフォトレジストストリップ、チャンバ部品の清浄性は、製品歩留り、チャンバ使用可能時間および顧客コストに影響を与える。

大部分の基板洗浄技法は、紫外線（ＵＶ）放射にさらされた酸素含有洗浄剤を利用して基板の表面を酸化させる。他の酸素含有洗浄剤との比較において、原子状酸素は、より大きなスループットのために基板の表面がより高速度で洗浄されるような、最も高い反応速度および酸化能力を有する。しかしながら、原子状酸素の寿命は短く、形成されると原子状酸素はＯ₂および酸素含有洗浄剤の他の分子と結合する。

したがって、本技術分野では、改良された酸素洗浄チャンバ、および基板を原子状酸素洗浄する方法が求められている。

一実施形態では、原子状酸素洗浄チャンバが提供される。この原子状酸素洗浄チャンバは、チャンバ本体と、チャンバリッドと、チャンバ本体およびチャンバリッドによって画定された処理容積と、１つまたは複数の紫外線（ＵＶ）放射源を含むＵＶ放射発生装置と、処理容積内に配されたペデスタルと、ガス供給アセンブリとを含む。ペデスタルは、ＵＶ放射発生装置からペデスタルの上面までの距離に対応する処理位置を有する。ガス供給アセンブリは、ペデスタルの上面の上にオゾンを供給するように動作可能である。

別の実施形態では、システムが提供される。このシステムは、移送チャンバに結合された１つまたは複数のサービスチャンバおよび１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバを含む。移送チャンバにはロボットが収容されており、このロボットは、この１つまたは複数のサービスチャンバとこの１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバとの間で基板を移送するために使用される。この１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバはそれぞれ、チャンバ本体と、チャンバリッドと、チャンバ本体およびチャンバリッドによって画定された処理容積と、１つまたは複数の紫外線（ＵＶ）放射源を含むＵＶ放射発生装置と、処理容積内に配されたペデスタルと、ガス供給アセンブリとを含む。ペデスタルは、ＵＶ放射発生装置からペデスタルの上面までの距離に対応する処理位置を有する。ガス供給アセンブリは、ペデスタルの上面の上にオゾンを供給するように動作可能である。

さらに別の実施形態では、基板を原子状酸素洗浄する方法が提供される。この方法は、１つまたは複数の表面を有する基板を、原子状酸素洗浄チャンバの処理容積内に配されたペデスタルの上面に配置することを含む。ペデスタルの上面は、原子状酸素洗浄チャンバの紫外線（ＵＶ）放射発生装置から離れている。この１つまたは複数の表面の第１の表面がＵＶ放射発生装置の方へ向けられる。オゾンが処理容積に流入され、オゾンは基板の第１の表面全体にわたって供給される。ＵＶ発生装置からオゾンに向かって、波長約２４０ナノメートル（ｎｍ）～約３１０ｎｍの放射が発射される。

上に挙げた本開示の特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示されている実施形態を参照することによって、上に概要を簡潔に示した本開示がより具体的に説明されている場合がある。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、本開示は他の等しく有効な実施形態を受け入れることができることから、添付図面を、範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。

本明細書に記載された一実施形態による原子状酸素洗浄チャンバの略横断面図である。 本明細書に記載された一実施形態による原子状酸素洗浄チャンバのチャンバ本体の略断面図である。 本明細書に記載された一実施形態による原子状酸素洗浄チャンバの略横断面図である。 本明細書に記載された一実施形態によるシステムの略図である。 本明細書に記載された一実施形態による、基板を原子状酸素洗浄する方法の流れ図である。

理解を容易にするため、可能な場合には、これらの図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。別段の断り書きがない限り、１つの実施形態の要素および特徴を他の実施形態に有益に組み込み得ることが企図される。

本明細書に記載された実施形態は、酸素洗浄チャンバ、および基板を原子状酸素洗浄する方法に関する。この酸素洗浄チャンバおよび基板を原子状酸素洗浄する方法は、原子状酸素をインシトゥ（その場）で発生させて基板の表面の材料を酸化することを提供する。

図１Ａは、原子状酸素洗浄チャンバ１００の略横断面図である。一実施形態では、原子状酸素洗浄チャンバ１００が、基板を原子状酸素洗浄する方法４００に対して利用される。原子状酸素洗浄チャンバ１００は、チャンバ本体１０２およびチャンバリッド１０４を有する。原子状酸素洗浄チャンバ１００は処理容積１０６を含む。処理容積１０６は、チャンバ本体１０２およびチャンバリッド１０４によって画定された空間である。処理容積１０６は、原子状酸素洗浄チャンバ１００内で基板１０１を支持するためのペデスタル１１０を有する。ペデスタル１１０は、ステム１１２によって支持されている。ペデスタル１１０は、チャンバ本体１０２を通って延びるステム１１２によって処理容積１０６内に移動可能に配されており、ステム１１２は、（図示の）処理位置と移送位置との間でペデスタル１１０を移動させるリフトシステム（図示せず）に接続されており、移送位置は、チャンバ本体１０２内に形成されたスリットバルブ１１４を通した処理容積１０６への基板移送および処理容積１０６からの基板移送を容易にする。処理位置は、紫外線（ＵＶ）放射発生装置１５６からペデスタル１１０の上面１２０までの距離１１６に対応する。

図１Ａに示されているとおり、原子状酸素洗浄チャンバ１００はガス供給アセンブリ１２２を含む。ガス供給アセンブリ１２２は、ガス入口１２４、酸素含有ガス源１２６、オゾン（Ｏ₃）発生装置１２８および流量制御装置１３０を含む。オゾン発生装置１２８は、第１の導管１３２を介して酸素含有ガス源１２６と流体連結している。オゾン発生装置１２８は、酸素含有ガスからオゾンを発生させること、ならびにそのオゾンを一定の圧力および濃度に維持することができる。第２の導管１３４を介してオゾン発生装置と流体連結した、質量流量制御（ＭＦＣ）装置などの流量制御装置１３０は、オゾン発生装置１２８からのオゾンの流量を制御する。原子状酸素洗浄チャンバ１００は制御装置１１８を含む。制御装置１１８は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、メモリおよびＣＰＵの支援回路を含む。制御装置１１８は、原子状酸素洗浄チャンバ１００に対する、基板１０１を原子状酸素洗浄する方法４００などの動作パラメータおよび動作の制御を可能にする。

図１Ｂは、ガス入口１２４およびガス出口１４０を有するチャンバ本体１０２の略断面図である。ガス入口１２４は、マニホールド１４２およびフローガイド１４４を含む。マニホールド１４２は、第３の導管１３６を介してオゾン発生装置１２８に接続されている。オゾン流は、マニホールド１４２全体にわたって供給され、フローガイド１４４の複数のチャネル１４６を通って流れ、ペデスタル１１０の上面１２０の上に供給される。ガス出口１４０はチャンバ本体１０２に配されている。図１Ａを参照すると、ＵＶ放射発生装置１５６は、チャンバリッド１０４に結合された１つまたは複数のＵＶ放射源１５８を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、この１つまたは複数のＵＶ放射源１５８のうちの少なくとも１つのＵＶ放射源１５８が低圧水銀ランプである。処理容積１０６内の圧力を制御し、副生物を処理容積１０６からガス出口１４０を通し第４の導管１４１を介して排出するために、ガス出口１４０にはポンプ１３８が結合されている。

図２は、一実施形態による原子状酸素洗浄チャンバ２００の略横断面図である。原子状酸素洗浄チャンバ２００はガス供給アセンブリ２０２を含む。ガス供給アセンブリ２０２は、酸素含有ガス源１２６、オゾン（Ｏ₃）発生装置１２８および流量制御装置１３０を含む。さらに、図２に示されているとおり、ガス供給アセンブリ２０２は、チャンバリッド１０４に形成されたプレナム２０４およびプレナム２０４に結合されたシャワーヘッド２０６を含む。シャワーヘッド２０６は複数のチャネル２０８を有する。オゾン流は、プレナム２０４全体にわたって供給され、シャワーヘッド２０６の複数のチャネル２０８を通って流れ、ペデスタル１１０の上面１２０の上に供給される。シャワーヘッド２０６には、１つまたは複数のＵＶ放射源１５８を含むＵＶ放射発生装置１５６が結合されている。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、この１つまたは複数のＵＶ放射源１５８のうちの少なくとも１つのＵＶ放射源１５８が低圧水銀ランプである。処理容積１０６内の圧力を制御し、副生物を処理容積１０６から第４の導管１４１を介して排出するために、チャンバ本体１０２の出口１５４にはポンプ１３８が結合されている。制御装置１１８は、原子状酸素洗浄チャンバ２００に対する、基板１０１を原子状酸素洗浄する方法４００などの動作パラメータおよび動作の制御を可能にする。

図１Ａおよび図２を参照すると、ＵＶ放射発生装置１５６は、ＵＶ放射を発生させる１つまたは複数のＵＶ放射源１５８を含む。ＵＶ放射源１５８は、波長約２４０ｎｍ～約３１０ｎｍの放射を発射するように構成されたランプ、ＬＥＤエミッタまたは他のＵＶエミッタとすることができる。基板１０１の表面の上に供給されたオゾンはこの放射にさらされ、酸素ガス（Ｏ₂）と原子状酸素（Ｏ）とに転化する。この酸素ガスおよび原子状酸素は、基板１０１の表面の炭化水素などの無機材料を酸化し、副生物として二酸化炭素（ＣＯ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。ポンプ１３８は、この副生物を処理容積１０６から排出する。

他の酸素含有洗浄剤との比較において、原子状酸素は、より大きなスループットのために基板１０１の表面がより高速度で洗浄されるような、最も高い反応速度および酸化能力を有する。一例を挙げると、原子状酸素は、基板１０１の表面のＳＯ₂を即座にＳＯ₃に酸化することができ、それによって、ＳＯ₃を、続く水洗浄ステップにより容易に取り除くことができる。基板１０１を原子状酸素洗浄することによるＳＯ₂の除去は、ヘイズ欠陥（ｈａｚｅ ｄｅｆｅｃｔ）の蓄積を減速させる。しかしながら、原子状酸素の寿命は短く、形成されると原子状酸素はＯ₂および他の分子と結合する。ＵＶ放射発生装置１５６が発生させた放射がインシトゥ（その場）でそのオゾンを原子状酸素に転化させるような態様で、オゾン発生装置１２８は、処理容積１０６にオゾンを連続的に供給することができる。処理容積内でのインシトゥ（その場）原子状酸素発生は、高濃度の原子状酸素を基板１０１の表面に供給する。ＵＶ放射発生装置１５６からペデスタル１１０の上面１２０までの距離１１６は、基板１０１の表面に供給される原子状酸素の濃度を制御する。

図３は、基板を原子状酸素洗浄する方法４００に対して利用されるシステム３００の略図である。以下で説明するシステムは例示的なシステムであり、他の製造業者のシステムを含む他のシステムを本開示の諸態様とともに使用すること、および他の製造業者のシステムを含む他のシステムを本開示の諸態様を達成するように変更することができることを理解されたい。システム３００は、移送チャンバ３０６に結合された１つまたは複数のサービスチャンバ３０４と、原子状酸素洗浄チャンバ３０１のうちの１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバ３０１とを含む。別の実施形態では、システム３００は、移送チャンバ３０６に結合された１つまたは複数の処理チャンバ３０２を含む。この１つまたは複数のサービスチャンバ３０４は、ガス抜き、配向、クールダウン、前処理／前洗浄、後アニールなどのうちの少なくとも１つに対して適合されている。この１つまたは複数の処理チャンバ３０２は、急速熱処理（ＲＴＰ）、エピタキシャル（ＥＰＩ）堆積、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）などのうちの少なくとも１つに対して適合されている。移送チャンバ３０６は、サービスチャンバ３０４、処理チャンバ３０２および原子状酸素洗浄チャンバ３０１間で基板を移送するために使用されるロボット３０８を収容している。

図４は、基板を原子状酸素洗浄する方法４００の流れ図である。説明を容易にするため、図４は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照して説明される。しかしながら、原子状酸素洗浄チャンバ１００および原子状酸素洗浄チャンバ２００以外の原子状酸素洗浄チャンバを方法４００とともに利用することができること、ならびにシステム３００以外のシステムを方法４００とともに利用することができることに留意されたい。

任意選択の操作４０１で、原子状酸素洗浄チャンバ３０１に基板１０１を移送する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、原子状酸素洗浄チャンバ３０１は原子状酸素洗浄チャンバ１００である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、原子状酸素洗浄チャンバ３０１は原子状酸素洗浄チャンバ２００である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、システム３００のロボット３０８が、処理チャンバ３０２またはサービスチャンバ３０４から原子状酸素洗浄チャンバ３０１に基板１０１を移送する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる操作４０２で、ペデスタル１１０上に基板１０１を配置する。１つまたは複数の表面を有する基板１０１の第１の表面がＵＶ放射発生装置１５６の方へ向けられる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、紫外線（ＵＶ）放射発生装置１５６からペデスタル１１０の上面１２０までの距離１１６が約７ミリメートル（ｍｍ）～約３０ｍｍである。操作４０３で、処理容積１０６にオゾン流を供給する。一実施形態では、オゾンガスを、約５０ｓｃｃｍ～約２００００ｓｃｃｍの流量で処理容積１０６に流入させる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、原子状酸素洗浄チャンバ３０１内の圧力が約０ｐｓｉ～約１５ｐｓｉである。オゾン流は、処理容積１０６内の基板１０１の第１の表面の上に供給される。操作４０４で、ＵＶ放射発生装置１５６が放射を発射する。処理容積１０６内の基板１０１の第１の表面の上に供給されたオゾン流はこの放射にさらされ、酸素ガス（Ｏ₂）と原子状酸素（Ｏ）とに転化する。この酸素ガスおよび原子状酸素は、基板１０１の第１の表面の炭化水素などの有機材料を酸化し、副生物として二酸化炭素（ＣＯ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。操作４０５で、この副生物を処理容積１０６から除去する。任意選択の操作４０６で、基板１０１の後続の表面に対して操作４０３および操作４０４を繰り返す。方法４００の終わりに、システム３００のロボット３０８は、原子状酸素洗浄チャンバ３０１から処理チャンバ３０２またはサービスチャンバ３０４に基板１０１を移送することができる。

要約すると、本明細書には、原子状酸素洗浄チャンバ、および基板を原子状酸素洗浄する方法が記載されている。他の酸素含有洗浄剤との比較において、原子状酸素は、より大きなスループットのために基板の表面がより高速度で洗浄されるような、最も高い反応速度および酸化能力を有する。それぞれの原子状酸素洗浄チャンバは、ＵＶ放射発生装置が発生させた放射がインシトゥ（その場）でそのオゾンを原子状酸素に転化させるような態様で処理容積にオゾンを連続的に提供するオゾン発生装置を含む。処理容積内でのインシトゥ（その場）原子状酸素発生は、高濃度の原子状酸素を基板の表面に供給する。

以上の説明は本開示の例を対象としているが、本開示の基本的範囲を逸脱することなく、本開示の他の例およびさらなる例を考案することができ、本開示の範囲は、下記の請求項によって決定される。

Claims (18)

1. チャンバ本体と、
   チャンバリッドと、
   前記チャンバ本体および前記チャンバリッドによって画定された処理容積と、
   １つまたは複数の紫外線（ＵＶ）放射源を含むＵＶ放射発生装置であって、前記チャンバリッドに結合され、前記処理容積内に配されており、前記処理容積においてその場で同時に基板の表面全体に放射するように構成されるＵＶ放射発生装置と、
   前記処理容積内に配されたペデスタルであって、前記ＵＶ放射発生装置から前記ペデスタルの上面までの距離に対応する処理位置を有するペデスタルと、
   前記ペデスタルの前記上面にわたってオゾンを供給するように動作可能なガス供給アセンブリと
   を備え、前記ガス供給アセンブリが、
   前記チャンバ本体の第１の側壁に配されたガス入口であって、オゾン発生装置に接続されるように構成されたガス入口と、
   前記第１の側壁と向かい合う前記チャンバ本体の第２の側壁に配されたガス出口であって、ポンプに接続されるように構成されたガス出口と
   を備える、原子状酸素洗浄チャンバ。
2. 前記ガス供給アセンブリが、
   前記チャンバ本体に形成されたガス入口を備え、前記ガス入口が、
   前記オゾン発生装置に接続されるように構成されたマニホールドと、
   前記ペデスタルの前記上面にわたってオゾンを供給するための複数のチャネルを有するフローガイドと
   を有する、請求項１に記載のチャンバ。
3. 前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、波長約２４０ナノメートル（ｎｍ）～約３１０ｎｍの放射を発射するように構成された、請求項１又は２に記載のチャンバ。
4. 移送チャンバに結合された１つまたは複数のサービスチャンバおよび１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバと、
   前記移送チャンバに収容されたロボットであって、前記１つまたは複数のサービスチャンバと前記１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバとの間で基板を移送するために使用されるロボットと
   を備え、前記１つまたは複数の原子状酸素洗浄チャンバがそれぞれ、
   チャンバ本体と、
   チャンバリッドと、
   前記チャンバ本体および前記チャンバリッドによって画定された処理容積と、
   １つまたは複数の紫外線（ＵＶ）放射源を含むＵＶ放射発生装置であって、前記チャンバリッドに結合され、前記処理容積内に配されており、前記処理容積においてその場で同時に基板の表面全体に放射するように構成されるＵＶ放射発生装置と、
   前記処理容積内に配されたペデスタルであって、前記ＵＶ放射発生装置から前記ペデスタルの上面までの距離に対応する処理位置を有するペデスタルと、
   前記ペデスタルの前記上面にわたってオゾンを供給するように動作可能なガス供給アセンブリと
   を備え、前記ガス供給アセンブリが、
   前記チャンバ本体の第１の側壁に配されたガス入口であって、オゾン発生装置に接続されるように構成されたガス入口と、
   前記第１の側壁と向かい合う前記チャンバ本体の第２の側壁に配されたガス出口であって、ポンプに接続されるように構成されたガス出口と
   を備える、システム。
5. 前記ガス供給アセンブリが、
   前記チャンバ本体に形成されたガス入口を備え、前記ガス入口が、
   前記オゾン発生装置に接続されるように構成されたマニホールドと、
   前記ペデスタルの前記上面にわたってオゾンを供給するための複数のチャネルを有するフローガイドと
   を有する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、波長約２４０ナノメートル（ｎｍ）～約３１０ｎｍの放射を発射するように構成された、請求項４又は５に記載のシステム。
7. 基板を原子状酸素洗浄する方法であって、
   １つまたは複数の表面を有する基板を、原子状酸素洗浄チャンバの処理容積内に配されたペデスタルの上面に配置することであって、前記ペデスタルの前記上面が、前記原子状酸素洗浄チャンバの紫外線（ＵＶ）放射発生装置から離れており、前記ＵＶ放射発生装置が、チャンバリッドに結合され、前記処理容積内に配されており、前記１つまたは複数の表面の第１の表面が前記ＵＶ放射発生装置の方へ向けられている、配置することと、
   前記チャンバ本体の第１の側壁に配されたガス入口および前記処理容積にオゾンを流入させ、前記基板の前記第１の表面にわたって、前記第１の側壁と向かい合う前記チャンバ本体の第２の側壁に配されたガス出口までオゾンを供給することと、
   前記ＵＶ放射発生装置から前記オゾンに向かって、波長約２４０ナノメートル（ｎｍ）～約３１０ｎｍの放射を前記処理容積においてその場で同時に基板の表面全体に発射することと
   を含む、方法。
8. オゾン流が、前記原子状酸素洗浄チャンバのチャンバ本体に配された前記ガス入口のマニホールドにわたって供給され、前記ガス入口のフローガイドの複数のチャネルを通って流れ、前記処理容積内の前記基板の前記第１の表面にわたって供給される、請求項７に記載の方法。
9. 前記基板の第２の表面を配置し、前記処理容積への前記オゾンの流入、前記オゾンの供給および前記放射の発射を繰り返すことをさらに含む、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記ＵＶ放射発生装置から前記ペデスタルの上面までの距離が約７ミリメートル（ｍｍ）～約３０ｍｍである、請求項７～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記オゾンが、約５０ｓｃｃｍ～約２００００ｓｃｃｍの流量で前記原子状酸素洗浄チャンバの前記処理容積に流入される、請求項７～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記処理容積内の圧力が約０ｐｓｉ～約１５ｐｓｉである、請求項７～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ペデスタルが、前記処理位置と移送位置との間で前記ペデスタルを移動させるように動作可能なステムに結合された、請求項１に記載のチャンバ。
14. 前記ガス供給アセンブリが、オゾンを約５０ｓｃｃｍ～約２００００ｓｃｃｍの流量で前記処理容積内に供給するように動作可能である、請求項１に記載のチャンバ。
15. 前記ペデスタルが、前記処理位置と移送位置との間で前記ペデスタルを移動させるように動作可能なステムに結合された、請求項４に記載のシステム。
16. 前記ペデスタルが、前記処理容積内で垂直に移動させるように動作可能である、請求項１に記載のチャンバ。
17. 前記ペデスタルが、前記処理容積内で垂直に移動させるように動作可能である、請求項４に記載のシステム。
18. 前記基板を配置することは、
    前記ペデスタルを移送位置に下降させることと、
    スリットバルブを通して前記ペデスタルの上面に前記基板を移送することと、
    前記ペデスタルを処理位置まで上昇させることとをさらに備えた請求項７に記載の方法。

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