RU2195046C2

RU2195046C2 - Surface cleaning method

Info

Publication number: RU2195046C2
Application number: RU2000115222/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Бокарев; Е.С. Горнев; О.П. Гущин; А.Д. Просий
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: microelectronics; manufacture of very-large-scale integrated circuits. SUBSTANCE: wafer to be cleaned is placed in vacuum chamber and its surface is treated with augmented jet of nitrogen and argon cryogenic aerosol doped with oxygen additive in environment of ultraviolet radiation whose wavelength is minimum 200 nm. EFFECT: enhanced effectiveness of cleaning rough surfaces from organic impurities. 1 tbl, 1 ex

Description

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно способы очистки поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС). The scope of the invention is microelectronics, namely, methods for cleaning the surface of the plates in the manufacturing process of ultra-large integrated circuits (VLSI).

Известен способ очистки поверхности от механических загрязнений, состоящий в обработке очищаемой поверхности струей сжатого углекислого газа - СО₂, который при расширении в пространство превращается в микрочастицы сухого льда и этими частицами эффективно очищает поверхность от механических частиц и органических примесей [1].A known method of cleaning the surface from mechanical impurities, which consists in treating the surface to be cleaned with a stream of compressed carbon dioxide — CO ₂ , which, when expanded into space, turns into microparticles of dry ice and effectively cleans the surface of mechanical particles and organic impurities with these particles [1].

Однако он недостаточно эффективно очищает поверхность со сложным профилем от субмикронных частиц и неэффективен при чистке от загрязнений со сглаженным рельефом. Кроме того, углекислый газ хорошо растворяет в себе многие органические соединения, в том числе углеводороды, и его трудно от них очистить. However, it does not sufficiently effectively clean a surface with a complex profile of submicron particles and is ineffective when cleaning from contaminants with a smoothed topography. In addition, carbon dioxide dissolves many organic compounds in itself, including hydrocarbons, and it is difficult to clean them.

Недостатком этого способа является то, что после такой обработки поверхности не исключается ее загрязнение следами масел, содержащихся в СО₂, да и сам углекислый газ по своей химической природе является загрязняющей примесью при создании СБИС.The disadvantage of this method is that after such surface treatment its contamination with traces of oils contained in CO ₂ cannot be ruled out, and carbon dioxide itself is a chemical impurity in creating VLSI.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки поверхности с использованием криогенного аэрозоля, включающий помещение очищаемой пластины в высокочистую вакуумную камеру и обработку ее поверхности интенсивной струей сжиженных газов аргона и азота, находящихся при температуре, близкой к температуре плавления аргона. При этом происходит обработка поверхности аэрозолем жидкого азота и микрочастицами твердого аргона, которые эффективно очищают обрабатываемую поверхность от механических загрязнений, включая субмикронные частицы и полимерные остатки после реактивно-ионного травления (РИТ) [2]. Удаленные аэрозолем с пластины частицы и полимеры удаляются из камеры вместе с аэрозолем в откачную систему. Данный способ применяется при очистки поверхности кремниевых пластин от субмикронных частиц, органических осадков и пленок с высоким профилем, в том числе и от металлоорганических осадков после РИТ. Closest to the proposed invention is a method of cleaning the surface using a cryogenic aerosol, comprising placing the plate to be cleaned in a high-purity vacuum chamber and treating its surface with an intense jet of liquefied argon and nitrogen gases at a temperature close to the melting temperature of argon. In this case, the surface is treated with a liquid nitrogen aerosol and solid argon microparticles, which effectively clean the surface from mechanical impurities, including submicron particles and polymer residues after reactive ion etching (RIT) [2]. Particles and polymers removed from the plate by aerosol are removed from the chamber together with the aerosol to the pumping system. This method is used when cleaning the surface of silicon wafers from submicron particles, organic deposits and films with a high profile, including organometallic deposits after RIT.

Недостатком этого способа является то, что он малоэффективен при очистке поверхности от органических микропримесей со сглаженным профилем. The disadvantage of this method is that it is ineffective in cleaning the surface of organic trace contaminants with a smoothed profile.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в дополнительной очистке поверхности от органических микропримесей со сглаженным профилем. Данный технический результат достигается в способе очистки поверхности, включающем помещение очищаемой пластины в высокочистую вакуумную камеру и одновременную обработку очищаемой поверхности интенсивной струей криоаоэрозоля аргона и азота с примесью кислорода и ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм. The problem to which the invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in additional cleaning the surface of organic microimpurities with a smoothed profile. This technical result is achieved in a method of cleaning the surface, comprising placing the plate to be cleaned in a high-purity vacuum chamber and simultaneously treating the surface to be cleaned with an intense jet of argon and nitrogen cryoaerosol with an admixture of oxygen and ultraviolet radiation with a wavelength of less than 200 nm.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются дополнительная обработка очищаемой поверхности ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм с введением в криоаэрозоль аргона и азота примеси кислорода. Thus, the distinguishing features of the invention are the additional treatment of the surface to be cleaned with ultraviolet radiation with a wavelength of less than 200 nm with the introduction of an oxygen impurity into the cryoaerosol of argon and nitrogen.

Перечисленные отличительные признаки позволяют достичь указанного технического результата. These distinctive features allow you to achieve the specified technical result.

Процесс очистки поверхности происходит следующим образом. Очищаемую пластину помещают в вакуумную камеру и одновременно обрабатывают струей криоаэрозоля аргона и азота с примесью кислорода и ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм, которое не поглощается инертными газами и азотом и обладает энергией, достаточной для деструкции химических связей органических соединений, а в присутствии следов кислорода - в количествах, существенно не влияющих на ослабление интенсивности потока ультрафиолетового излучения на обрабатываемой поверхности, и для интенсивного окисления органических соединений. Поэтому такая дополнительная обработка приводит к очистки поверхности от органических примесей со сглаженным рельефом. Источник ультрафиолетового излучения может находится как непосредственно в вакуумной камере, так и за ее пределами. В последнем случае излучение от источника направляется на очищаемую пластину в камере через дополнительное окно, выполненное из прозрачного для применяемых длин волн материала, например сапфира, фторида кальция, фторида магния. В качестве источника ультрафиолетового излучения могут быть применены эксимерные лазеры с длиной волны менее 200 нм, ламповые источники интенсивного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 200 нм (например, дейтеривые разрядные лампы, ртутные лампы низкого давления с кварцевой оболочкой), либо данное ультрафиолетовое излучение может формироваться непосредственно в камере путем инициирования в остаточных газах высокочастотного разряда от индуктора, расположенного в камере либо за ее пределами, например на дополнительном кварцевом стакане, герметично закрепленном на поверхности камеры над столиком. The surface cleaning process is as follows. The plate to be cleaned is placed in a vacuum chamber and simultaneously treated with a stream of argon and nitrogen cryoaerosol with an admixture of oxygen and ultraviolet radiation with a wavelength of less than 200 nm, which is not absorbed by inert gases and nitrogen and has sufficient energy to destroy chemical bonds of organic compounds, but in the presence of traces oxygen - in amounts that do not significantly affect the attenuation of the intensity of the ultraviolet radiation flux on the treated surface, and for intensive oxidation organically x connections. Therefore, this additional treatment leads to the cleaning of the surface from organic impurities with a smooth relief. The source of ultraviolet radiation can be located both directly in the vacuum chamber, and beyond. In the latter case, radiation from the source is directed to the plate to be cleaned in the chamber through an additional window made of a material that is transparent to the wavelengths used, for example sapphire, calcium fluoride, magnesium fluoride. Excimer lasers with a wavelength of less than 200 nm, tube sources of intense ultraviolet radiation with a wavelength of less than 200 nm (for example, deuterium discharge lamps, low-pressure mercury lamps with a quartz cladding) can be used as a source of ultraviolet radiation, or this ultraviolet radiation can be formed directly in the chamber by initiating a high-frequency discharge in residual gases from an inductor located in the chamber or outside it, for example, on additional quartz a glass tightly mounted on the surface of the camera above the table.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

На химически отмытые кремниевые пластины наносился 1% раствор фоторезиста S1813 в ацетоне. Затем пластины высушивали при 100^oС 1 мин на горячей плите. Подготовленные пластины делили на шесть групп. Первая группа пластин анализировалась на присутствие углерода методом "вторично-ионной масс-спектрометрии" (ВИМС). Пластины из второй группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась турбомолекулярным насосом. Затем пластины обрабатывалась распыляемой струей криоаэрозоля, состоящего из капель жидкого азота с примесью частиц твердого аргона (10%), при непрерывной откачке, и обработанный участок пластины анализировали на присутствие углерода методом ВИМС. Пластины из третьей группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась турбомолекулярным насосом. Затем пластины обрабатывалась распыляемой струей жидкого азота с примесью аргона (10%) и кислорода (1%) при непрерывной откачке, и обработанный участок пластины анализировали на присутствие углерода методом ВИМС. Пластины из четвертой группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась и заполнялась аргоном. Затем центральная часть пластин обрабатывалась ВУФ излучением от дейтериевой лампы мощностью 350 Вт и распыляемой струей криоаэрозоля, состоящего из капель жидкого азота с примесью частиц твердого аргона (10%), при непрерывной откачке. Обработанный участок пластины анализировался на присутствие углерода методом ВИМС. Пластины из пятой группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась. Затем центральная часть пластин обрабатывалась ВУФ излучением от дейтериевой лампы мощностью 350 Вт и распыляемой струей криоаэрозоля, состоящего из капель жидкого азота с примесью частиц твердого аргона (10%) и газообразного кислорода (1%), при непрерывной откачке. Обработанный участок пластины анализировался на присутствие углерода методом ВИМС. Во всех экспериментах струя распыляемых газов подавалась на поверхность пластины под углом, близким к 45^o. Продолжительность обработки ВУФ излучением и струей криоаэрозоля составляла пять минут. Шестую группу пластин отмывали от следов фоторезиста в ацетоне, подвергали жидкостной химической обработке в КАРО+ПАР и анализировали при присутствии углерода методом ВИМС. Основные результаты ВИМС-анализа приведены в таблице. Как вино из таблицы, поверхность пластин из первой группы покрыта углеродом с относительной интенсивностью сигнала на уровне 10¹⁷. Поверхность пластин из шестой группы имеет концентрацию углерода на поверхности, которую можно характеризовать как фоновую. Пластины из второй группы имеют меньшую концентрацию углерода по сравнению с пластинами из первой группы (на уровне 10¹⁴), примерно такую же концентрацию углерода имеют и пластины из третьей группы. Пластины из четвертой группы имеют много меньшую концентрацию углерода на поверхности (относительная интенсивность сигнала углерода 10¹⁰), а пластины из пятой группы имеют среднюю концентрацию углерода на поверхности минимальную из всех групп пластин, кроме пластин из четвертой группы, т.е. наибольшую степень очистки.A 1% solution of S1813 photoresist in acetone was applied to chemically washed silicon wafers. Then the plates were dried at 100 ^{° C. for} 1 minute on a hot plate. Prepared plates were divided into six groups. The first group of plates was analyzed for the presence of carbon by the method of "secondary ion mass spectrometry" (SIMS). Plates from the second group were placed on a table in a vacuum chamber. The chamber was pumped out by a turbomolecular pump. Then, the wafers were treated with a sprayed cryo aerosol jet consisting of drops of liquid nitrogen mixed with solid argon particles (10%) during continuous pumping, and the treated area of the wafer was analyzed for the presence of carbon by SIMS. Plates from the third group were placed on a table in a vacuum chamber. The chamber was pumped out by a turbomolecular pump. Then the plates were treated with a sprayed stream of liquid nitrogen mixed with argon (10%) and oxygen (1%) during continuous pumping, and the treated section of the plate was analyzed for the presence of carbon by the SIMS method. The plates from the fourth group were placed on a table in a vacuum chamber. The chamber was pumped out and filled with argon. Then, the central part of the plates was treated with VUV radiation from a 350 W deuterium lamp and a sprayed cryo aerosol stream consisting of drops of liquid nitrogen mixed with solid argon particles (10%) during continuous pumping. The treated area of the plate was analyzed for the presence of carbon by SIMS. Plates from the fifth group were placed on a table in a vacuum chamber. The camera was pumped out. Then, the central part of the plates was treated with VUV radiation from a 350 W deuterium lamp and a sprayed cryo aerosol stream consisting of drops of liquid nitrogen mixed with particles of solid argon (10%) and gaseous oxygen (1%) during continuous pumping. The treated area of the plate was analyzed for the presence of carbon by SIMS. In all experiments, a spray of sprayed gases was supplied to the surface of the plate at an angle close to 45 ^o . The duration of the VUV treatment with radiation and a cryoaerosol jet was five minutes. The sixth group of plates was washed from traces of photoresist in acetone, subjected to liquid chemical treatment in KARO + PAR and analyzed in the presence of carbon by SIMS. The main results of SIMS analysis are given in the table. Like the wine from the table, the surface of the plates from the first group is coated with carbon with a relative signal intensity of 10 ¹⁷ . The surface of the plates of the sixth group has a carbon concentration on the surface, which can be characterized as background. The plates from the second group have a lower carbon concentration compared to the plates from the first group (at the level of 10 ¹⁴ ), and the plates from the third group have approximately the same carbon concentration. The plates from the fourth group have a much lower concentration of carbon on the surface (the relative signal intensity of carbon is 10 ¹⁰ ), and the plates from the fifth group have an average carbon concentration on the surface of the minimum of all groups of plates, except for the plates from the fourth group, i.e. the greatest degree of purification.

ЛИТЕРАТУРА
1. Аналог: Stuart A. Hoenig / Cleaning Surfaces with Dry lce//Compressed Air Magazine, August 1986, p.22-24.LITERATURE
1. Analogue: Stuart A. Hoenig / Cleaning Surfaces with Dry lce // Compressed Air Magazine, August 1986, p.22-24.

2. Прототип: McDermott W.T., Ockovic R.C., Wu J.J., Cooper D.W., Snwarz A. , Wolfe H.L. Патент EP 0461476 А2 от 29.05.91, H 01 L 21/306, приоритет 05.06.90, US 534810. 2. Prototype: McDermott W.T., Ockovic R.C., Wu J.J., Cooper D.W., Snwarz A., Wolfe H.L. Patent EP 0461476 A2 of 05.29.91, H 01 L 21/306, priority 05.06.90, US 534810.

Claims

A method of cleaning the surface comprising placing the plate to be cleaned in a vacuum chamber and treating the surface of the plate with an intense stream of nitrogen and argon cryoerosol, characterized in that an admixture of oxygen is introduced into the nitrogen and argon cryoerosol and the surface to be cleaned simultaneously with the cryo aerosol stream treated with ultraviolet radiation with a wavelength of less than 200 nm