TW571364B

TW571364B - Method and system for in-situ cleaning of semiconductor manufacturing equipment using combination chemistries

Info

Publication number: TW571364B
Application number: TW089113887A
Authority: TW
Inventors: Bruce E Mayer; Robert H Chatham Iii; Nitin K Ingle; Zheng Yuan
Original assignee: Silicon Valley Group Thermal
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2004-01-11
Also published as: JP2003504881A; KR100448291B1; AU6954300A; KR20020011454A; EP1216109A1; US6544345B1; WO2001003858A1; CN1374890A; WO2001003858A9

Description

571364 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明範圍本發明大致有關製造半導體設備；更特別的是，有關使用兩步驟與化組合學法在原位上淸潔諸如二氧化矽澱積室之製造半導體製造設備的方法與系統。發明背景半導體製造設備廣泛地用以製造電子裝置與基板或晶圓上之積體電路。該製造方法中使用許多不同種類之半導體設備，諸如例如：熱退火、氧化、氮化等用之熱處理室以及用以澱積薄膜之化學蒸氣澱積（c V D )室。特別是，發現電子裝置之製造中廣泛應用經摻雜或未摻雜二氧化矽（Si〇x)(亦稱爲矽酸鹽玻璃（SG))薄膜之澱積作用。用以澱積此等膜之室經常使用熱傳動化學反應。用以澱積未摻雜S i 〇x膜（USG)與具有硼（B)與磷（ P)之摻雜31〇<膜（諸如BySi〇x(BSG)、 PzSi〇x(PSG)與 ByPzSi〇x(BPSG)) 之C V D室與相連設備組件諸如注射器等經常被該澱積方法之固態矽酸鹽副產物沾污。若該室內表面累積充分固態副產物，此等副產物可能自該室表面成薄片剝落或散裂，並以有害微粒狀固體污染該基板或晶圓。該散裂副產物澱積物經常落'在處理當中之晶圓上，造成該積體電路之粒子污染。爲了避免此種微粒污染’ ’必須定時淸潔該室內部與相連設備組件。本技藝中已使用各種淸潔技術，已使用手動淸潔該室本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 •卜裝--------訂--------- ?事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4 - 571364 A7 B7 五、發明說明（2) 與相連設備組件；然而因爲高勞動成本與停機時間之故，此技術並不適宜。本技藝中所使用之其他技術係在原位之單一步驟方法，諸如描述於美國專利第5 ，7 8 8，7 7 8號。如 ‘ 7 7 8號專利所述，在一個去除室中經由一個高功率源活化一種先質氣體，以形成一種反應性物質，然後使彼流入該澱積室，以淸潔該澱積室內部。雖然該技術提供優於手動方法之優點，但是其亦具有限制。例如，淸潔速率仍然相當低，造成重大停機時間，連帶地降低產物產出。此外，此等化學物質成本高。例如‘ 7 7 8號專利中，高功率產生器中可能使用成本相當高之N F 3以製造該完全淸潔方法用之反應性物質。因此，需要提出一種淸潔該室用之經改良方法與系統。發明總論因此，本發明目的係提出一種用以淸潔半導體製造設備用之經改良方法與系統。更特別的是，本發明目的係提出一種使用兩步驟組合之原位上淸潔半導體製造設備用方法與系統，此二步驟使用選擇性鎖定累積在該室與設備上之不同種類固體澱積物爲目標。_例'如，在一具體實例中，本發明提出一種在原位上化學性蝕刻淸潔室與相連設備組件之方法與系統，其係於一種兩步驟方法中使用無水氟化氫（a HF )與原子· (原子F )之組合物。本發明人已發現這兩種氟化學法之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

n ϋ I an-、· ϋ ϋ ί n ϋ n ϋ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 __________ B7 五、發明說明（3 ) 功效會隨著固體澱積物之性質改變，該固體澱積物是爲粉末狀或緻密膜狀或此二者之組合。本發明人亦發現a H F 迅速且價廉地去除粉末澱積物，而原子F迅速且價廉地去除緻密膜狀澱積物。可能使用如下述之其他含氟化學物質。本發明選擇性以最能淸潔澱積物之個別化學物質爲目標 ;獲得一種全面性更有效之組合淸潔法。與此經改良淸潔方法與系統降低化學物質成本，並減少該設備停機時間。與先前技藝中使用個別化學物質之單一步驟室淸潔方法相較’使用可以選擇性鎖定目的以去除不同種類澱積物之本發明兩步驟組合化學法提供重要之成本與產出效益。圖式簡挑閱讀下文之本發明詳細發明與附錄申請專利範圍，並參考圖式將會明白本發明其他目的與優點，其中：圖1顯示一種C V D系統之立體投影圖，其包括根據本發明一具體貫例之在原位上淸潔系統。必須注意的是，爲求淸楚起見，省略該氣流控制與該室壓控制系統主要部分。圖2顯示圖1所示系統之功能方塊圖。圖3係一個C V D室實例之切開透視圖，該室可用於本發明方法，系統。圖4係圖2之本發明具體實例氣體輸送系統略圖。圖5係描述本發明一具體實例方法之流程圖。圖6與7分別顯示本發明實施例1與2所述用於各種本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -6 - -----------π—#裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 B7 五、發明說明（4) 循環之原位淸潔時間圖。圖8係一表格，其顯示進行發明方法與系統之具體實例時，每片晶圓（直徑2 0 0毫米）之室淸潔成本。元件對照表 1 〇 C V D 系統 1 2 澱積室 1 4 注射歧管 1 5 室廢氣系統 1 6 室廢氣導管 1 8 淸潔副系統 2 2， 2 4 供 m 系統 2 6 機架 3 〇. 夾盤 1 1 晶圓 3 1 溫度控制器 3 2 澱積氣體分散頭 3 3 澱積區 4 2 節流閥 4 4 壓力控制器 3 4 、澱 '積氣 m rd-ΐί. 輸送系統 3 6 澱積氣髀源 3 8 第一淸潔氣體來源 4 〇第二淸潔氣體來源本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------ί--裝--------訂---------^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 571364 A7 B7 五、發明說明（5) 4 5 氣體動力密封板 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明詳述經濟部智慧財產局員工消費合作社印製如下文詳述，本發明人已發現一種用以淸潔半導體製造設備之原位兩步驟或組合方法與系統。該設備通常用以澱積含膜或耐火金屬膜之砂。雖然描述爲“兩個分離步驟”，但是重要的是必須注意此二步驟可以不同順序重複各種次數形成下文詳述之淸潔程序。本發明在各個步驟中使用選擇性以去除累積於設備表面上不同種類澱積物爲目標之兩種個別化學法。特別是，粉末狀與緻密膜狀固體澱積物以及此二者之組合物累積於室表面與相連設備組件時。該澱積物係於該室內進行反應之副產物，當該反應係澱積二氧化矽膜時，該澱積物通常包括矽酸鹽。該粉末狀澱積物質輕、鬆散而且有時具有膠黏性，然而該緻密澱積物係膜狀，而且可能在該設備表面上形成硬質膜層。本發明可以選擇性去除這兩種澱積物。組合淸潔步驟之此種選擇性鎖定目標作用產生一種經改良之淸潔技術。通篇說明中所使用之“選擇性”一辭意指主要去除某一種澱積物，或是比其他澱積物更有效地去除某一種澱積物，功效之差異可能自輕微至重大差異。通常本發明方法與系統係用以以使用不同化學物質之個別步驟淸潔該室與相連設備組件，然後以各種所需順序進行此等步驟。下文將描述特定順序實例，但是熟知本技藝者明暸可以本發明教示爲基準，使用最適於特定需要 -8- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 571364 Α7 Β7 五、發明說明（6 ) 應用之不同順序。此外，通篇說明中所使用之“淸潔-辭係指藉由化學蝕刻該澱積物之淸潔作用。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 通常，使用兩個個別步驟進行本發明方法與系統，其以一種順序組合，提供該淸潔方法。步驟之一係輸送一種適於蝕刻該粉末狀殿積物之化學物質（或化學物質之組合物）；另一步驟係輸送一種適於蝕刻緻密膜狀澱積物之化學物質（或化學物質組合物）。可使用任何適用之化學物質。例如適於蝕刻該粉末狀澱積物之化學物質包括但不受限於：a H F與H F蒸氣（由含水H F · Η 2〇產生）。適於蝕刻該緻密膜狀澱積物之化學物質包括但不受限於原子F，以及熱解離C 1 F 3。較佳具體實例中使用a H F與原子F。可用以淸潔半導體設備之本發明方法與系統係用以處理若干種晶圓，包括用以澱積各種膜之設備，此等膜諸如但不受限於：S 1〇X、B y S i〇X、P Z S 1〇X、

By. PzS i 〇χ、S iNx、S i Cx、W x S i 與非晶相或多晶矽膜，以及選自w、T a、Μ ο、C ο、T 1與 Ν ι之耐火膜。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製參考圖1 一 4 ，說明本發明系統。特別是，圖1顯示具有本發明一具體實例淸潔系統之C V D系統部分實例。爲求淸鬯起~見，省略該氣流控制與該室壓控制系統主要部分。該C V D系統1 0通常包括澱積室1 2、噴射歧管 1 4、室廢氣系統1 5以及相連之室廢氣導管1 6。與該澱積室連結的是一個淸潔副系統1 8 (圖2 )，其通常包 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 571364 Α7 Β7 五、發明說明（7) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 括兩個淸潔化學物質供應系統2 2與2 4，此等系統將兩種不同淸潔化學物質分別輸送到澱積室1 2。該系統組件係載於一個機架2 6上爲佳。參考圖3與圖2之功能方塊圖，顯示出更詳細之該系統圖。特別是’該丨殿積室1 2包括一個夾盤3 0 ，其係一個平台，用以將矽基板或晶圓1 1加熱至澱積氧化矽膜所需之約4 0 0 - 6 0 0°C範圍內溫度。與夾盤3 0運轉連結之溫度控制器3 1使晶圓1 1與夾盤3 0保持在所需處理溫度固定點（通常在約4 0 0 — 6 0 0 t範圍）± 2 °C內。此種溫度控制器係市售裝置，諸如得自Allen-Bradley Company, Inc ·之可規劃程式邏輯控制器S L C 05/ 4型。在該噴射歧管1 4內提供一種反應性或澱積氣體分散頭3 2 ，通常稱爲氣體噴射器。噴射器3 2將澱積化學物質輸送至晶圓1 1 ，並且亦輸送該淸潔化學物質。若噴經濟部智慧財產局員工消費合作社印製射器3 2不分佈該淸潔化學物質，此工作則由分離之硬體 (未顯示出來）進行。大部分噴射器3 2係Μ積設備製造商專有之設計。例如美國專利第5 ，6 8 3 ，5 1 6號描述一種可用於本發明之噴射器，整篇說明以提及的方式倂入本文中。大部分之室1 2係澱積設備製造商專有之設計，而且不受本文所示特定實例限制。 · 澱複室〜1 2收容夾盤3 0與噴射器3 2。在噴射器 3 2出口與晶圓1 1表面之間形成澱積區3 3 ，該澱積氣體於此混合並反應，在晶圓1 1表面上形成該層或膜。該澱積區將該基板、澱積氣體以及淸潔化學物質與局部環境 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 _________ B7 五、發明說明（8 ) 分離。丨殿積或淸潔期間，該室經常（但是不一定）真空密封。該室廢氣系統1 5通常包括一個閥，諸如具有蝶狀葉輪之節流閥4 2 ’其因應來自壓力控制器4 4之指令而改變位置。閥4 2與控制器4 4之組合使澱積室1 2內之壓力保持在所需値’製造晶圓期間該値通常在約2 〇〇至 7 6 0托耳範圍內，而且在該壓力固定點約2 %內（例如固定壓力爲1 〇〇托耳時爲± 2托耳）。節流閥係市詹者，諸如得自VAT (瑞士 Haag)之DN40型61 · 1 系列。廢氣系統1 5經由室廢氣導管1 6與一個真空泵抽系統（未顯示出來）連結。該真空泵抽系統通常包括半導體設備等級真空泵，其可使得氣體流速裝塡約2 8 sipm下之澱積室低於約5托耳。此種泵抽系統係市售者，諸如得自

Busch Vacuum (德國 Maulburg)之 CS — 7〇〇或 CS — 1 2 5〇型。爲了在晶圓1 1表面上澱積所需要膜，將圖4詳示之澱積氣體輸送系統3 4連結於噴射器3 2與噴射歧管3 4 。該澱積氣體輸送系統3 4通常包括〜或多個殿積氣體源 3 6 °若澱積一種經摻雜S 1〇X膜’則氣體輸送系統3 4 通常包括一個砂源3 6 a與一個氧/臭氧源3 6 b ，以及硼源3 6、與磷源3 6 d任何一者或其組合。該硼源化學物質產生器3 6 c包含液態硼化學物質源，諸如硼酸三甲醋（TMB ’ CASitlSldS — YO)與硼酸三乙酯 (TEB’CAS#150 - 46 — 9)。通常以市售起本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • 11 - ---------^裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 B7_ 五、發明說明（9 ) 泡器或直接蒸發器產生硼蒸氣。該磷源化學物質產生器 3 6 d包含液態磷化學物質源，諸如：磷酸三甲酯（ TMP〇，CAS#512 — 56 — 1)、亞磷酸三甲酯 (TMPi ，CAS#121— 45 — 9)以及磷酸三乙酯（TMPo ，CAS#78 — 4 0 — 0)。通常，亦以市售起泡器或直接蒸發器產生磷蒸氣。該矽源化學物質產生器3 6 a包含液態矽化學物質源，諸如鄰矽酸三乙酯（TOES ，CAS#78 — 10 — 4 )，以及其他較不重要來源。通常以市售起泡器或直接蒸發器產生矽源蒸氣。該臭氧與氧源包括一個產生器，其離子化〇2氣體進料，並產生由〇2與〇3 (氧與臭氧）組成之混合物。臭氧對於自液態化學物質來源形成氧化矽膜而言極具關鍵性。此種臭氧產生器係市售A s t e X / S 〇 r b i 〇 u s -GmbH (Woburn， MA， ph 6 1 7 -93 3 -5 5600) SEMOZON 200 . 3 型。特別有利的是，本發明方法與系統最好提供將該淸潔副系統1 8結合在該C V D系統1 〇內。淸潔副系統1 8 包括雨個以上淸潔氣體來源。提供至少一個第一淸潔氣體來源3 8與一個第二淸潔氣體來源4 0，並輸送至少兩種在個別步驟中使用之不同淸潔氣體，以淸潔室1 2。此實例中，第一-淸潔氣體來源3 8包括一個原子F產生器，其需要供應N F 3 + A r氣體混合物進料，並產生F + F 2 + N 2 + A r產出氣體混合物。原子F產生器係市售者，諸如得自Astex之AX— 7650型。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12 - " n in —ϋ ί —ϋ n 一口， n 11 iai i^i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 B7 五、發明說明（1Q) 此實例中’第二淸潔氣體來源4 0包括一種無水H F (a H F )源。市售之a H F係相當低壓（沸點= 2 9 3 Κ )壓縮氣體，諸如得自Air Products and Chemicals 〇如上述，處理晶圓期間，該室與相關設備組件表面上塗覆來自熱反應之固態副產物。視表面溫度以及與主要殺積反應區相對表面位置而定，該表面可能塗覆不同種類副產物；即，粉末狀或緻密膜狀澱積物或此二者之組合物。因此，不同種類之澱積物可能在不同表面上生成。圖3顯示在晶圓上形成U S G與B P S G之習用T E〇S /〇3 澱積室不同區如何累積不同種類之固態副產物澱積物。曝露在該澱積化學物質之任何室表面都可塗覆有固態副產物〇特別是，該副產物澱積物之物理形式視該室表面溫度而定，表面溫度較高會產生物理密度較高（即緻密膜狀澱積物）副產物。例如，思考圖3所示之熱反應室。該噴射器通常水冷卻至低於1 0 0 °C之溫度。該噴射器之此等相對低溫表面可能形成粉末狀澱積物，其可能包括大量未反應或部分反應澱積化學物質。在該基板上澱積硬質緻密膜所需要的是，該夾盤使晶圓溫度保持約5 0 0 °C以上。沒有該晶圓保1蔓以避開該反應性氣體之任何加熱區亦會累積該緻密膜狀澱積物。與夾盤3 0相鄰之氣體動力密封板 4 5亦曝露在該澱積化學物質下。此密封板4 5化學物質曝露區中之溫度梯度大；而且可自與該夾盤相鄰處之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- ------·—-卜裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 571364 Α7 _____________________ Β7 五、發明說明（11) > 5 Ο Ο νπ至遠離該夾盤之< 1 〇〇 °c。因此，該密封板 4 5收集不同密度之澱積物，自該緻密膜狀澱積物至粉末狀澱積物。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明，已證實使用氟化學法對於淸潔用以殿積 U S G/B S G/P S G/B P S G族氧化矽膜之半導體設備相當有效。雖然不希望受任何特別理論限制，但是本發明人認爲各個分別步驟中之淸潔機制基礎係藉由形成揮發性S i F 4進行之蝕刻作用。一大氣壓力下，S 1 f 4的沸點僅有1 8 7 K (- 8 6 °C )。因此，藉由蝕刻反應形成S 1 F 4可確使自該室表面氣態去除該矽。可以自若干含氟化學化合物供應形成S 1 F 4所需之氟，該含氟化學化合物包括但不受限於：液態含水氫氟酸、氣態無水氟化氫 (a H F )以及氣態原子氟（原子F )。該原子F係在原位或遠距離電漿裂解C F 4、C 2 F 6、C 3 F 8、S F 6、 NF,3 ;或是熱裂解NF3或C I F3所產生。如上述， a H F與原子F係用於本發明兩步驟淸潔方法的兩種較佳化學物質。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製使用a H F與原子F作爲淸潔U S G / B S G / P S G / B P S G族膜澱積室之淸潔化學物質時，可以藉由下列化學反應式觀念性地描述本發明淸潔方法與系統期間之主要、化'學反應： -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 B7 五、發明說明（12)

Si〇2+4HF S1F4+2H2O (1)

BySiOx+bHF - SiF4+2H2〇+(y/3)H3B〇3 (2)

PzSiOx+cHF - SiF4+2H2〇+(z/3)H3P〇4 (3)

ByPzSi〇x+dHF - SiF4+2H20+(y/3)H3B〇3 +(z/3)H3P〇4 (4)

Si〇2+4F S1F4+O2 (5)

BySiOx+kF - SiF4+02+yBF3 (6)

PzSi〇x+mF，SiF4+〇2+zPF5 ⑺

ByPzSiOx+nF - SiF4+〇2+yBF3+zPF5 ⑻ 其中：b 、c 、d 、k 、m與n係在4至1〇〇〇範圍內之“多反應”常數，其提供比可以形成等式右邊所示之硼、磷與矽化合物充分數量更多之氟原子數。現在詳細描述本發明之淸潔方法。通常，先淸潔粉末狀澱積物，其次淸潔緻密膜狀澱積物。然而，必須暸解此並非一種必要條件，而且可以交換該淸潔順序。參考圖5 ，根據一範例具體實例發明本發明方法。通常，該方法係以晶圓後隨〜處理之步驟1 0 0開始。此時，已有兩種不同 (或其混合物）澱積物累積在該室與相關設備組件表面上。步驟1 0 2中，將該室內壓力降至約1 0 0托耳以下，並將該室內之夾盤加熱至約4 0 0至6 0 0 °C範圍內之溫 -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 B7 五、發明說明（13) 度，開始該淸潔方法。步驟1 0 4中’將第一含氯氣體導入該內，進行第一淸潔步驟。第一淸潔步驟進行所需時間‘ t 1 ” （步驟1 0 5 )，自該室表面與相關設備組件触刻兩種澱積物其中一種。第一淸潔步驟於步驟1 〇 6結束。然後，於步驟1 〇 8將第二含氣體導入該室內’進行第二淸潔步驟。第二淸潔步驟進行所需時間“ t 2 ’’ （步驟 1〇9 )，自該室表面與相關設備組件融刻适兩種殿積物其中另一種澱積物。第二淸潔步驟於步驟1 1 〇中止。視情況需要，可以重複第一或第二淸潔步驟任何一者（步驟 1 1 2 )。該淸潔程序於步驟1 1 4結束。特別是，欲淸潔粉末狀澱積物時，該含氟氣體選擇 a H F。欲淸潔緻密膜狀澱積物時’該含氟氣體選擇原子 F。雖然可使用任何含氟氣體；但是本發明人已發現 a H F雖然較利於去除粉末狀澱積物’但是不利於去除緻密膜狀殿積物。另外’雖然原子F較利於去除緻密膜狀殿積物，但是其不利於去除粉末狀澱積物。各淸潔步驟分別進行t 1與t 2時間。各步驟之淸潔時間t 1與t 2精確數字視累積於該室與其他表面之澱積物種類與厚度，以及該淸潔化學物質之蝕刻速率而定。一範例具體實例中，在該室與其他表面上之粉末狀澱積物累積厚度在_約'1至2 5微米範圍內，而淸潔方法開始時之一般厚度約爲4微米。該室與其他表面上上之緻密膜狀澱積物累積厚度在約4至5 0微米範圍內，而淸潔方法開始時之一般厚度約爲2 5微米。基於此種狀況，去除粉末狀澱本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16- ------------裝--------訂--------- #! h (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 571364 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14) 積物之第一淸潔步驟進行時間t 1通常在約1至1 0分鐘範圍內。去除緻密膜狀澱積物之第二淸潔步驟進行時間 t 2通常在約5至6 0分鐘範圍內。a H F與原子F對於不同種類澱積物之鈾刻速率實例示於下表1 : 表1 淸潔化學 BPSG 膜 (微米/分鐘） BPSG粉末 (微米/分鐘） USG膜 (微米/分鐘） USG粉末 (微米/分鐘）物質範圍 Nom 範圍 Nom 範圍 Nom 範圍 Nom aHF 0.05-0.4 0.3 0.5-0.2 1.0 « 0 « 0 0.05-0.3 0.2 原子F 1.0-4.0 3.0 1.0-3.0 1.7 0.4-1.2 0.6 0.3-0.9 0.6 註： i .額定晶圓晶圓加熱夾盤溫度爲5〇〇C 1 1 . “N 〇 m ’’意指目前最佳實際額定或是較佳値 111.〔晶圓累積微米〕/分鐘中之淸潔速率明顯的優點是，表1顯示出藉由本發明方法與系7統可以達到高至每分鐘2微米粉末狀澱積物以及每分鐘4微米緻密膜狀澱積物之淸潔速率° 通常，自該室產生及/或遠距離供應第一與第二淸潔氣體，而、且〜可以數種方式導入該室中。經由噴射器3 2將第一與第二淸潔氣體導入該室爲佳。經由噴射器3 2導入淸潔氣體使得該淸潔氣體行經路徑與該澱積或反應性氣體相似。因此’此種架構使額外硬體之需求變㈡最小。或者本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱）裝--------訂--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #· 571364 A7 B7 五、發明說明（15) ，可以經由分離硬體裝置，諸如一或多個分離氣體入口，將第一與第二氣體導入該室。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以習用方法供應針對各個淸潔步驟所選擇之含氟氣體。例如，使用a H F時，通常由位於該室遠處並經由氣體輸送管路連結之氣體供應罐2 2供應。使用上述習用氣體控制器，以所需時間與流速將a H F自供應罐2 2輸送至室1 2。選擇性原子..F作爲淸潔氣體時，其係由一個位於該室遠處並經由氣體輸送管路連結之原子F產生器產生爲佳。不同種類之淸潔化學物質係個別且分離地供應至室 1 2爲佳。如上述，可以自各種來源產生原子F。在較佳具體實例中，藉由一種電漿產物器產生原子F，其係使用 NF 3作爲先質氣體以及氬，並以2 0 0 0瓦以上之功率操作，形成該原子F。流入該電漿產生器之氬對N F 3流速比在約1至1 0範圍內，以約7 · 5之比率爲佳。通常以約0 · 5 - 2 · 5 s 1 p m之流速將該淸潔氣體導入該室。此範圍視所使用之含氟淸潔氣體種類而定’ 可以藉由例行實驗測定該確切範圍。在一個使用a H F作爲淸潔氣體之範例具體實例中，以在約0 · 5 — 2 . 5 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 s 1 p m範圍內之流速將a H F導入該室，以約2 s 1 p m之流速最佳。使用原子F作爲淸潔氣體之其他範例實施例中〜，以在約0 · 5 — 2 · 5 s i p m範圍內之流速將原子F導入該室’以約1 · 2 s 1 p m之流速爲佳。進行該淸潔步驟時，該室之溫度與壓力保持特定値。 -18 - 本紙^^用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

571364 五、發明說明（16) 第-與第二淸潔步驟中之溫度及/或壓力可能不同。此種差異主要第一與第一淸潔步驟中所使用之不同化學物質所放。例如以d H F作爲淸潔氣體進行淸潔步驟時，該室內壓力保持在約2〇〇托耳以下，，約5〇至2〇〇托耳範圍內更佳，以約1 0 0托耳之壓力最佳。反之，以原子 F作爲^ ί糸氣Β豆進行淸潔步驟時，該室內之壓力保持在約 1〇托耳以下，在約1至1 Q托範圍內更佳，以約8托耳之壓力最佳。第一與第二淸潔步驟期間，欲淸潔表面之溫度沒有改變’該夾盤保持在約4 〇〇至6 〇〇艽範圍之溫度’以約5 0 0 °C最佳。使用不同含氟化學物質之此二分離淸潔步驟代表性處理條件實例示於下表2 : 表2 淸潔化學室壓力（托耳）淸潔化學物質 Aj::NF3流速比物質流速 (slj 3 m) 範圍 Nom 範圍 Nom 範圍 Nom aHF 50-200 100 1-2 2 n/a n/a 原子F 1-10 8 1-2 1-2 1-10 7 . 5 註： 1 · “ n / a ”表示“不適用” 如上·述，可以重複第一與第二淸潔步驟，形成一淸潔程序。特別有利的是，本發明組合淸潔方法可以一種淸潔程序進行，其以所需之順序與頻率使用兩步驟中之兩種淸潔化學法，如此最大化製造工作時間’並且最小化淸潔化 ---------*—裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19- 571364 A7 B7 五、發明說明（17) 學物質成本。此外，本發明之組合淸潔法與系統提供一種具有高度彈性之技術。經由系統性能與成本最適化技術，可以發展一種適合特定應用之淸潔程序“策略’’。本發明方法與系統提出兩個個別淸潔步驟之組合，此等淸潔步驟使用選擇性淸潔（即蝕刻）不同種類澱積物之不同化學物質，如此改善整體淸潔方法之功效。雖然對本發明並非必要；較佳具體實例中，以一種順序進行此二個別步驟，並重複，提供最適淸潔功效。淸潔本發明一具體實例一個用以殿積USG/BSG/PSG/BPSG族膜之室的特定順序選擇視數種因素而定，包括： (1 )該蝕刻或淸潔速率；需要快速淸潔速率以最小化淸潔作用有關之停機時間，以及該淸潔化學物質成本； (2 )淸潔來源化學物質之單位（通常爲一標準公升 )金錢（$ )成本；低成本而且容易取得之來源化學物質明顯較佳；以及 (3 )形成非揮發液態或固態殘留物；因爲使用 T〇E S +臭氧澱積氣體之系統一般僅使用熱能（與電漿能相反）以產生澱積反應，所以蒸發作用係自該室去除淸潔產物的唯一方法。以下列〜方式界定淸潔程序。通常，在製造方法中’該淸潔程序有關在特定階段內以特定順序頻率重複第一及/ 或第二淸潔步驟。例如，若特別製造方法可能產生迅速累積粉末狀澱積物以及較慢累積緻密膜狀澱積物，則由去除本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------.---裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 Α7 Β7 五、發明說明（18) 粉末狀澱積物之最有效淸潔步驟開始，並且其重複頻率高於去除緻密澱積物較有效之其他淸潔步驟。特別是，該淸潔程序包括下列參數。確立第一淸潔步驟之平均晶圓間淸潔（M W B C )頻率（M W B C -步驟 1 )。爲了此敘述目的，選擇第一淸潔步驟作爲以去除粉末狀澱積物爲目的之步驟，其最好使用a H F作爲第一淸潔化學物質。每“Μ ”片晶圓進行一次M W B C -步驟1。μ 値可爲任何所需數目，通常選擇某數目使該澱積物累積不會變得大到對於晶圓之處理造成負面影響。代表性Μ値實例包括但不受限於在約2 0至5 0範圍內之整數。確立第二淸潔步驟之平均晶圓間淸潔（M W B C )頻率（M W B C -步驟2 )。第二淸潔步驟係以去除緻密膜狀澱積物爲目的，其最好使用原子F作爲第二淸潔化學物質。僅爲方便而界定該第一與第二步驟之定義，其可交換。每“ Ν ”片晶圓進行一次M W B C —步驟1。Ν値可爲任何所需數目。代表性Ν値實例包括但不受限於在約5至 1 0 0範圍內之整數。Ν値通常（但不一定）等於或大於 Μ。 Μ與Ν値界定了淸潔比率C。C値大於Μ / Ν或Ν / “，“通常爲分母。（：通常係一個整數，而且〇21，（：更常在約1、至範圍內。可以反向順序進行一或兩個淸潔步驟’或者在該步驟間製造晶圓。淸潔步驟之任何變種或組合皆可構成該淸潔程序。確立淸潔程序之主要標準係澱積物累積之性質與該本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - ----------、--裝--------訂·----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571364 A7 B7 五、發明說明（19) 澱積物累積之頻率。例如，可使用下列程序： (1 ) 步驟1 ( a H F化學物質）—步驟2 (原子 F ) ->步驟1 步驟2 (2 ) 步驟1—製造晶圓步驟製造晶圓—步驟 1 —步驟2 (3 ) 步驟1 —*步驟1 ->步驟2 步驟2 (4 ) 步驟2 步驟1 —步驟2 此外，可以在步驟之間或是開始或結束時進行額外處理。例如’可以在第一淸潔步驟開始之前進行一種惰性氣體室淸洗。此外，最後淸潔步驟之後，可以進行淸潔後澱積處理，在繼續開始製造晶圓之前使該室"適應”。下文以說明而且無限制方式提出本發明兩個具II胃_ 之淸潔程序實例：實施例1 貫施例1中’ Μ値爲2 0 ’ Ν爲1 〇〇，而c比率爲 5。選擇之淸潔程序爲： 1 .於製造晶圓時完成澱積作用，Μ二2 0， 2 ·視情況需要，進行預淸潔惰性氣體室淸洗作用， 3.將該室壓力降至100托耳， 4 ·—開'始步驟1 一使用a H F淸潔來自室內部之粉末 5 .中止步驟1 —停止a H F氣流’ 6.進行室之淸潔後惰性氣體淸洗作用， ---------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22 - 571364 A7 _______B7 -------五、發明說明（20 ) 7 .若需要降低“第一晶圓影響，，進行淸潔後澱積作用，使該室“適應”後續之產物晶圓， 8 ·再開始晶圓之澱積作用，並重複步驟1 一 7四/人以上， 9 .在製造晶圓時完成澱積作用’ N二1 〇〇 ’ 1 〇 .視情況需要，進行預淸潔惰性氣體室淸洗f 用粉末 4 將該室壓力降至1 〇〇托耳：’ 開始步驟1 一使用a η F淸潔來自室內郃中止步驟1 —停止a H F氣流’ 視情況需要，進行“中間淸潔：惰性热眼土淸洗作用將該室壓力降至5托耳自室內部之 ---------ί— 裝--------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16. 開始步驟2 -使用原子F淸潔來緻密膜狀澱積物， 1 7 . 中止步驟2 -停止原子F氣流·’ 18. 進行淸潔後惰性氣體室淸洗作用’ 19. 若需要降低“第一晶圓影響”進行'/f ^ ^ _ 作用，使該室“適應”後續之產物晶圓’七y、·\--f-?卞 2 〇 _再'開始晶圓之澱積作用，並步驟1重新開〇 β # 方法，Μ = 2〇。實施例1淸潔程序之簡化圖示示於圖6 ° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- 571364 A7 B7_ 五、發明說明（21 ) 實施例2 ------,—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 實施例2中’ Μ與N値爲2 5 ，C比率爲1 。選擇之淸潔程序爲： 1 ·於製造晶圓時完成殺積作用，Μ = 2 5， 2 ·視情況需要，進行預淸潔惰性氣體室淸洗作用， 3·將該室壓力降至1〇〇托耳， 4 ·開始步驟1 -使用a H F淸潔來自室內部之粉末 5 ·中止步驟1 一停止a H F氣流， 6 ·進行室之“中間淸潔’’惰性氣體淸洗作用， 7.將該室壓力降至5托耳， 8 .開始步驟2 -使用原子F淸潔來自室內部之緻密膜狀澱積物， 9 .中止步驟2 -停止原子F氣流， #, 10. 進行淸潔後惰性氣體室淸洗作用， 11. 若需要降低“第一晶圓影響’’進行淸潔後澱積作用，使該室“適應’’後續之產物晶圓，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12. 再開始晶圓之澱積作用，並步驟1重新開始淸潔方法，Μ = 2 5。實施例2淸潔程序之簡化圖示示於圖7 ° 實贩例~ 1明顯地比實施例2更複雜。然而’以現代半導體設備控制軟體（諸如得自Adventa Control Technologies ，Inc )可以經易地自動化任一淸潔程序中之所有步驟。特別有利的是，本發明方法與系統提供一種淸潔半導 L本紙張尺度適iTi (CNS)A4規格(210 X 297公釐1 571364 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ B7______ 五、發明說明（22 ) 體製造設備之成本效益方法。圖8敘述一個圖表，其顯示以a H F或原子F化學法之每個經塗覆2 〇〇毫米直徑矽晶圓室淸潔成本計算値。此計算將資本成本、製造速率、淸潔速率以及化學物質成本列入考量。該計算顯示出 a H F對於粉末淸潔作用而言更經濟，而原子F對於膜淸潔作用而言稍具成本優勢。雖然原子F淸潔未摻雜矽酸鹽玻璃（U S G )粉末狀澱積物之成本淸楚地消除僅有原子F淸潔系統之顧慮，但是a HF淸潔U S G與B P S G粉末之成本不會大幅超過原子F成本。試想，產生原子F需要高成本而且複雜的氟來源（諸如N F 3 )電漿裂解作用。這似乎暗示僅有a H F 淸潔系統是爲一種良好、適當的每片晶圓成本、低複雜性淸潔策略。然而，此觀念有兩個相當嚴重的缺點：如表1所示，a H F對於緻密膜狀U S G澱積物之蝕刻速率幾近於零。此種缺乏原位淸潔作用現象則需要該系統使用者定期手動淸潔該室。如先前討論，系統使用者希望避免手動淸潔作用。此外，B P S G澱積物之a H F蝕刻作用形成一種黏滯（Η 3 Ρ〇4 )磷酸液體/固體殘留物。磷酸之熔點爲 4 2 · 3 5 °C，因此不會自該澱積系統冷卻零件揮發性去除。此外.，3 P〇4可能脫水形成玻璃狀Η 4 P〇7，其更難蒸發。單獨使用此種單一步驟去除此等殘留物需要擦拭淸潔該澱積室內部。雖然可以藉由低室壓之淸潔作用使a H F所產生 [本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25^ ----------—裝 *------^訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 571364 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（23 B P s G殘留物最小化m 〇〇托耳之壓力爲佳，但是無法完全消除該殘留物。此外，大部分T〇E s +臭氧爲底質熱澱積系統可能澱積U S G與B P s G二者。因此，此種殿積系統可由本發明之在原位上淸潔方法與系統獲得相g大益β，其中本發明方法與系統結合了 a Η ρ與原子 F化學法二個步驟最佳特性。藉由此種a H F +原子F組合兩步驟淸潔法，可以最小化矽晶圓U S G / B P S G殿積系統中之淸潔成本。値得注意的是’雖然已詳細描述本發明，但是本發明方法與系’τ充不受限於a H F與原子F。兩種以上不同淸潔反應之任何組合均可有利，其視該澱積方法以及該室構造而定。例如，特定環境中可能需要由含水（H F . η 2〇）所產生之H F蒸氣與熱解離C 1 η 3組成之組合淸潔作用。如前述敘述與實施例所教示，本發明已提出淸潔半導體製造設備用之經改良方法與系統。爲了說明與敘述目的 ’已提出本發明特定具體實例與實施例之前述敘述，雖然已由特定前述實施例說明本發明，但是本發明並不受限於此。本發明人不希望所揭示精確形式涵括本發明一切或限制本發明，而且很明顯地，上述教示範圍內可能有諸多改良、具體實例與變化。本發明範圍欲包括本文揭示以及附錄申請專-利圍與其相等物包容性範圍。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -26- -ϋ fll· n n n n n in ϋ * in ·_ϋ «ϋ ·ϋ .1« I n 一口T 1 i ϋ ϋ immm ϋ ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims

571364 Α8 Β8 C8 D8 補充經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍附件2 : 第89 1 1 3887號專利申請案修正後無劃線之中文申請專利範圍替換本民國92年8月22日修正 1 · 一種淸潔半導體製造設備之澱積物的方法，其中存在包括粉末狀與緻密膜狀澱積物之不同種類澱積物’該方法包含下列步驟：在一個步驟中，藉由在非電漿條件下與第一種含氟化學物質反應，而選擇性移除粉末狀澱積物，及在第二個分開的步驟中，藉由與原子氟物種反應，而選擇性移除緻密膜狀澱積物。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該設備係用以澱積含矽膜與耐火金屬膜。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中該含矽膜係選自包括Si〇x、BySi〇x、PzSi〇x、 B y P z S i 〇 X、S i N X、S i C X、W X S i 與非晶相或多晶政，而該耐火金屬膜係選自W、T a、Mo、C ο 、T i 與 N i。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該供移除粉末狀澱積物用之含氟化學物質係選自氟化氫（HF)、及無水氟化氫（a H F )，且該供移移除緻密膜狀澱積物用之化學物質係選自原子氟（原子F )及C 1 F 3。 5 .如申請專利範圍第4項之方法，其中該原子F係使用電漿產生器產生。 6 _如申請專利範圍第4項之方法，其中該原子F係 ----------裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、π 絲· 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Α4規格（210Χ297公着） 571364 8 88 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍自：NF3、CF4、C2F6、C3F8、SFe、F2 或 C I F3中任何一者產生。 7 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中係使用無水氟化氫（a H F )來選擇性淸潔該粉末狀澱積物。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法係在小於等於約1 〇〇托耳之壓力下進行。 9 · 一種在原位上淸潔室的方法，該室包含粉末狀與緻密膜狀澱積物二者，該方法包括步驟：首先，在非電漿條件下以主要蝕刻粉末狀澱積物之第一種含氟淸潔氣體淸潔該粉末狀澱積物；以及其次，以主要蝕刻緻密膜狀澱積物之第二種含氟淸潔氣體淸潔該緻密膜狀澱積物。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該矽酸鹽澱積物可能包括S i〇X、B y S i〇X、P z S i〇X、Β· ^ p 2 s i 〇 x、S i N x、S i C x、W x S i 與非晶相或多晶砂任何一者。 1 1 .如申請專利範圍第9項之方法，其中該供移除粉末狀澱積物用之含氟化學物質係選自氟化氫（H F )、及無水氟化氫（a H F )，且該供移除緻密膜狀澱積物用之化學物質係選自原子氟（原子F )及C 1 F 3。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該原子 F 係自：NF3、CF4、C2F6、C3F8.、SF6、F2 或C I F3中任何一者產生。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一與 ----------^------訂------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用巾關家榡準（CNS ) A4· ( 21GX297公釐） -2 - 571364 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍桌一含氟氣體分別爲a H F與原子F。 1 4 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該含氟氣體係a H F ’其主要用以淸潔粉末狀澱積物。 1 5 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該含氟氣體係原子F ’其主要用以淸潔緻密膜狀澱積物。 1 6 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中重複第一與第二淸潔步驟任何一者或此二者。 1 7 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一與第二淸潔步驟係在小於等於約1 〇〇托耳之壓力下進行。 1 8 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一或第二淸潔步驟係在約5托耳壓力下進行。 1 9 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一與第二淸潔步驟係在約4 0 〇至6 0 0 °C範圍內之溫度下進行。 .. 2 0 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一與第二淸潔步驟分別進行在約i至6 0分鐘範圍內之時間。 2 1 · —種用以淸潔半導體設備之淸潔程序方法，該設備處理晶圓並包含不同種類之澱積物，該方法包括步驟確立第一淸潔步驟頻率，定義爲平均晶圓間淸潔步驟 1 (MWBC —步驟1)，每Μ個晶圓進行一次.m W B C —步驟1 ，Μ在約2至5 0範圍內；確立第二淸潔步驟頻率，定義爲平均晶圓間淸潔步驟 2 (MWBC-步驟2)，每Ν個晶圓進行一次MWBC 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公嫠） ----------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂絲· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -3- 571364 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍一步驟2，N在約5至1 0 0範圍內；界定淸潔比率C，其中C係一個整數，而且大於M/ N 或 N / Μ ; 每Μ片晶圓進行一次第一淸潔步驟，每Ν片晶圓進行一次第二淸潔步驟；以及重複第一與第二淸潔步驟C次。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -4-