TWI521591B - A cleaning method of the substrate and a cleaning device for the substrate - Google Patents
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Description
本發明關於一種基板之清潔方法及基板之清潔裝置。
過去，半導體裝置的製造領域中係藉由電漿蝕刻步驟來形成具有各種構造之微細圖案。又，上述電漿蝕刻步驟中，會有產生副產物的情況，因此便於電漿蝕刻步驟後實施清潔步驟來去除副產物。
上述電漿蝕刻技術當中，矽的蝕刻技術已知有一種在第1步驟中藉由SF6氣體的電漿來去除矽表面的自然氧化膜，在第2步驟中藉由氫氣的電漿來去除殘留氟，在第3步驟中使用HCl與O2的電漿來蝕刻矽之技術(例如參照專利文獻1)。
又，使用含有鹵素的氣體來進行電漿蝕刻以清潔處理室之技術已知有一種例如除了氧氣及鹵素氣體以外更加入氫氣等來作為清潔氣體以進行電漿清潔之技術(例如參照專利文獻2)。
再者，已知有一種於利用含有氟原子的氣體來進行電漿蝕刻後，藉由在含有水蒸氣等的氫之氣體氛圍中加熱半導體基板來去除殘留在氮化鈦膜或鎢膜表面的氟之技術(例如參照專利文獻3)。
然而，藉由電漿蝕刻來形成層積有矽層與絕緣膜層之構造的圖案等，或包含有矽層的露出部之圖案的情況等，
在進行電漿蝕刻時會有在圖案表面附著有主成分為SiO的副產物之情況。上述主成分為SiO的副產物雖可藉由使用HF氣體等氟系氣體之氣相去除方式來去除，但該情況會在圖案表面殘留有氟。然後，若使得殘留氟之狀態一直放任下去，則殘留的氟便會與矽層反應，而有導致圖案產生缺陷之問題。
殘留氟的去除方法已知水洗為一種有效方法。然而，本發明者等經過詳細查證後，發現對例如36nm以下等的微細圖案進行水洗時，會有因表面張力而導致圖案崩壞的情況。又，例如200℃左右的加熱處理，或50℃~150℃左右的加熱與曝露在水蒸氣之處理等中，便會幾乎無法獲得殘留在圖案之氟的去除效果。再者，當曝露在氫氣電漿來去除殘留氟時，會發生因氫的電漿而導致矽層被削除之問題。
專利文獻1：日本特開平8-264507號公報
專利文獻2：日本特開平8-55838號公報
專利文獻3：日本特開平10-163127號公報
如上所述，電漿蝕刻技術從以往已知有一種使用氟系氣體來去除自然氧化膜、對殘留氟進行水洗或使用氫氣電漿等來加以去除之技術。然而，藉由電漿蝕刻來形成包含有層積有矽層與絕緣膜層之構造的圖案等矽層的露出部之圖案時，並無可在不會對圖案造成損傷之情況下來實施副產物的去除與殘留氟的去除之技術，因而便謀求上述技術的開發。
本發明係鑑於上述習知的情事所發明者，其提供一種基板之清潔方法及基板之清潔裝置，係於藉由電漿蝕刻來形成包含有矽層的露出部之圖案時，可在不會對圖案造成損傷之情況下進行副產物的去除與殘留氟的去除。
本發明之基板清潔方法係於藉由電漿蝕刻來形成基板上的圖案後清潔該基板表面，其具有以下步驟：副產物去除步驟，係將該基板曝露在HF氣體氛圍來去除副產物；及殘留氟去除步驟，係將含有氫氣與以碳及氫作為構成元素之化合物的氣體之清潔氣體電漿化並作用於該基板，來將殘留在該基板的氟去除。
本發明之基板清潔裝置係於藉由電漿蝕刻來形成基板上的圖案後清潔該基板表面，其具備有：副產物去除機構，係將該基板曝露在HF氣體氛圍來去除副產物；及殘留氟去除機構，係將含有氫氣與以碳及氫作為構成元素之化合物的氣體之清潔氣體電漿化並作用於該基板，來將殘留在該基板的氟去除。
依據本發明，便可提供一種於藉由電漿蝕刻來形成包含有矽層的露出部之圖案時，可在不會對圖案造成損傷之情況下進行副產物的去除與殘留氟的去除之基板清潔方法及基板清潔裝置。
以下，參照圖式來詳細說明本發明之實施型態。
圖1係概略地顯示在本發明一實施型態的副產物去除
步驟中所使用之氣體處理裝置100的結構例之縱剖面圖。
如同圖所示，該氣體處理裝置100係具有內部可被氣密地封閉之處理室101。該處理室101內設置有用以載置半導體晶圓(基板)W之台座102。台座102係具有未圖示之溫度控制機構，可將台座102上所載置之半導體晶圓W的溫度維持在特定溫度。
處理室101的上部係設置有用以將特定處理氣體(本實施型態中為HF氣體)導入至處理室101內之氣體導入部103。又，氣體導入部103在處理室101內呈開口之開口部104下方係設置有形成有多個透孔105之氣體擴散板106，為可從該氣體擴散板106的透孔105而在均勻分散狀態下將HF氣體供應至半導體晶圓W表面之結構。
又，處理室101的底部設置有排氣管107。該排氣管107係連接於未圖示之真空幫浦等，可將處理室101內排氣至特定壓力。
圖2係概略地顯示在本發明一實施型態的殘留氟去除步驟中所使用之電漿處理裝置200的結構例之縱剖面圖。
如同圖所示，該電漿處理裝置200係具有內部可被氣密地封閉之處理室201。該處理室201內設置有用以載置半導體晶圓(基板)W之台座202。台座202係具有未圖示之溫度控制機構，可將台座202上所載置之半導體晶圓W的溫度維持在特定溫度。
處理室201係由例如石英等所構成，其頂部係形成有石英製的窗203。然後，該窗203外側係設置有連接於未圖
示的高頻電源之RF線圈204。窗203的部分係設置有用以將特定的清潔氣體(例如H2+CH4+Ar)導入至處理室201內之氣體導入部205。然後，藉由RF線圈204所供應之高頻的作用，來產生氣體導入部205所導入之清潔氣體的電漿P。
窗203下方係設置有用以進行電漿的遮蔽與氣體的分散之氣體擴散板206，而在電漿中的自由基為分散之狀態下透過該氣體擴散板206來供應至台座202上的半導體晶圓W。此外，使電漿作用在基板時，可使基板與電漿直接接觸，抑或如本實施型態般，利用遠端感應式電漿(remote plasma)來進行處理，亦即，並非使基板與電漿直接接觸，而是將從與基板為分離之部位處產生的電漿中所感應出的自由基作用在基板。
又，處理室201的底部設置有排氣管207。該排氣管207係連接於未圖示之真空幫浦等，可將處理室201內排氣至特定壓力。
圖3係顯示將上述結構的氣體處理裝置100與電漿處理裝置200一體化後的清潔處理裝置300的結構。如同圖所示，氣體處理裝置100與電漿處理裝置200係透過真空搬送處理室301而相連接，真空搬送處理室301內係配設有用以在真空氛圍下搬送半導體晶圓W之真空搬送機構302。此外，真空搬送處理室301與氣體處理裝置100之間，及真空搬送處理室301與電漿處理裝置200之間係分別設置有開閉機構(未圖示)(閘閥等)。
又，真空搬送處理室301係連接有裝載室303，而經由該裝載室303來將半導體晶圓W搬入或搬出至真空搬送處理室301。裝載室303的外側係配設有在常壓氛圍下用以搬送半導體晶圓W之搬送機構304，此搬送機構304的周圍配設有用以定位半導體晶圓W的位置之對準器305，及載置有收納有半導體晶圓W的晶圓傳送盒(FOUP：Front Opening Unified Pod)(或晶圓匣盒)306之裝載埠307。
使用上述結構的清潔處理裝置300，而在本實施型態中，依下述方式進行半導體晶圓W的清潔。
清潔處理裝置300的裝載埠307係載置有收納有半導體晶圓W(其係於前一個步驟(電漿蝕刻步驟)中形成有包含有矽層的露出部之圖案)之晶圓傳送盒(或晶圓匣盒)306。
接下來，藉由搬送機構304來將晶圓傳送盒306內的半導體晶圓W取出後，首先，搬送至對準器305，而於此處進行半導體晶圓W的定位。該對準器305所進行之定位係藉由一邊旋轉半導體晶圓W一邊檢測其周緣部的位置及刻槽的位置之公知的方法等而進行。之後，將半導體晶圓W搬送至裝載室303內。
將半導體晶圓W搬入至裝載室303內，並使搬送機構304的搬送臂從裝載室303內退出後，關閉裝載室303之大氣側的開閉機構(圖中未顯示)，而將裝載室303內排氣直到特定的真空度。之後，打開裝載室303之真空側的開閉機構(圖中未顯示)，而藉由真空搬送機構302來將半導體晶圓W搬入至真空搬送處理室301內。
被搬入至真空搬送處理室301內之半導體晶圓W首先會在真空搬送處理室301與氣體處理裝置100(處理室101)之間所設置之開閉機構(未圖示)為打開狀態下被搬入至圖1所示的處理室101內，並將半導體晶圓W載置於台座102上，而於此處實施副產物去除步驟。
該氣體處理裝置100中所進行之副產物去除步驟係依下述方式實施。亦即，副產物去除步驟係在真空搬送機構302的搬送臂退出後關閉開閉機構(未圖示)。然後，藉由將半導體晶圓W載置於預先設定為特定溫度之台座102上，則半導體晶圓W便會成為維持於特定溫度之狀態，於此狀態下從氣體導入部103導入特定的處理氣體(本實施型態中為HF氣體)並從排氣管107進行排氣，來使處理室101內成為特定壓力的處理氣體氛圍。
副產物去除步驟中的半導體晶圓W溫度為例如數十度(例如20~40℃)，壓力為例如數十Pa~數千Pa(例如數百mTorr~數十Torr)，處理氣體流量為例如數百sccm~一千數百sccm左右，處理時間為例如數十秒~數分鐘左右。藉由該副產物去除步驟，便能夠去除電漿蝕刻步驟中所產生之主成分為SiO的副產物。然而，會因在該副產物去除步驟實施後使用了HF氣體，而成為於半導體晶圓W殘留有氟之狀態。如此地，若在殘留有氟之狀態下長時間地放置半導體晶圓W，則殘留的氟便會與矽反應而使得圖案產生缺陷。
氣體處理裝置100中所進行之之副產物去除步驟結束
後，利用真空搬送機構302來將半導體晶圓W從氣體處理裝置100搬出，並經由真空搬送處理室301搬入至電漿處理裝置200的處理室201內。亦即，在真空搬送處理室301與電漿處理裝置200(處理室201)之間所設置之開閉機構(未圖示)為打開狀態下，將半導體晶圓W載置於圖2所示之處理室201內的台座202上。然後，藉由電漿處理裝置200而依下述方式進行殘留氟去除步驟。
該殘留氟去除步驟係在真空搬送機構302的搬送臂從處理室201內退出後關閉開閉機構(未圖示)。藉由將半導體晶圓W載置於預先設定為特定溫度之台座202上，則半導體晶圓W便會成為維持於特定溫度之狀態，於此狀態下從氣體導入部205導入特定的清潔氣體(本實施型態中為H2+CH4+Ar)並從排氣管207進行排氣，來將處理室201內維持於特定的壓力。
與此同時，藉由對RF線圈204施加高頻電功率來產生清潔氣體的電漿P。該電漿P雖會因氣體擴散板206而被維持在氣體擴散板206與窗203之間的空間，但從電漿P中所感應出的自由基會作用在半導體晶圓W，使得殘留在半導體晶圓W之氟會因例如與H2的反應而成為HF被去除。
此時，若如以往般使用僅有H2的電漿等，則形成於半導體晶圓W表面之圖案當中，露出之矽層的部分便會被蝕刻，而使得圖案受到損傷。圖6係概略地顯示矽層的部分被蝕刻而使得圖案受到損傷之範例，如同圖所示，會在矽
層的露出部分產生缺陷等損傷。
另一方面，本實施型態中，由於清潔氣體中包含有以碳及氫作為構成元素之化合物(CH4氣體)，因此便可抑制上述矽層部分的蝕刻，從而便可抑制形成於半導體晶圓W之圖案受到損傷。推測此係因為矽層露出部分的表面形成有SiC，而SiC具有保護層的作用之故。這一點可從以下所示之測量結果得到證實。
圖5係顯示以強度為縱軸，以鍵結能量為橫軸，而藉由XPS(X射線光電子光譜；X-ray Photoelectron Spectroscopy)來測量只有進行副產物去除步驟後的半導體晶圓W(實線A)，與於副產物去除步驟後進行了上述殘留氟去除步驟之半導體晶圓W(虛線B)後的結果之圖表。同圖中，同時顯現於實線A與虛線B之高尖峰係顯示矽與矽的鍵結能量之尖峰。然後，曲線B中，鍵結能量較該尖峰要高之一側的邊緣部分(顯示Si與C的鍵結能量)的強度係變高，故可知形成有SiC。如此地當矽的表面形成有SiC時，可以氧進行灰化來使SiC變成SiO而轉移至下一步驟。
又，上述殘留氟去除步驟中，會因存在有CH4，使得氟成為CHF3等氣體而被去除，因此亦可提高氟的去除效率。此外，由於CH4具有上所述般去除氟的效果，因此可將半導體晶圓W加熱至高溫的情況時，亦可不添加H2，而是使用僅有CH4與Ar等稀有氣體的清潔氣體來進行殘留氟去除步驟，以使半導體晶圓W不會因加熱至高溫而產生沉積物(deposition)。然而，多半並不希望將半導體晶圓W加
熱至高溫。
上述電漿處理裝置200中所進行之殘留氟去除步驟結束後，利用真空搬送機構302來將半導體晶圓W從電漿處理裝置200搬出，並經由真空搬送處理室301搬入至裝載室303內。然後，經由該裝載室303並藉由搬送機構304來將半導體晶圓W搬出至大氣中，而收納於裝載埠307所載置之晶圓傳送盒306內。
實施例係在以氣體處理裝置100進行副產物去除步驟後，利用電漿處理裝置200來進行殘留氟去除步驟。
副產物去除步驟中的處理條件為：壓力=1330Pa(10Torr)；HF氣體=2800sccm；台座溫度=30℃；處理時間=60秒。
又，殘留氟去除步驟中之處理條件為壓力=133Pa(1Torr)；清潔氣體=4體積%H2/Ar=1700sccm+CH4(5sccm)；高頻電功率=200W(27MHz)；台座溫度=80℃；處理時間=10分鐘。
本實施例中，相對於殘留氟去除步驟前的氟殘留量為5.7×1013atoms/cm2，殘留氟去除步驟後可使氟殘留量為2.9×1012atoms/cm2，以電子顯微鏡觀察圖案後，亦未在矽層發現蝕刻造成的損傷。
比較例中，以未添加有CH4之處理氣體來進行殘留氟去除步驟後，當使高頻電功率為50W時，會在圖案的矽層發現蝕刻造成的損傷。又，當使高頻電功率為25W時，雖然圖案的矽層未有蝕刻造成的損傷，但殘留氟去除步驟後的殘留氟量為9.1×1012atoms/cm2，相較於實施例，氟的去除效果明顯較差。此外，其他條件係與上述實施例的情況相同。將此實施例、比較例及殘留氟去除步驟前(僅有副產物去除步驟)的殘留氟測量結果，以氟量為縱軸而顯示於圖4之柱狀圖。
如上所述，實施例中，藉由電漿蝕刻來形成包含有矽層的露出部之圖案時，可在不會對圖案造成損傷之情況下進行副產物的去除與殘留氟的去除。
此外，本發明並未限定於上述實施型態及實施例，而當然可作各種變化。例如，殘留氟去除步驟中所使用之電漿處理裝置可非為感應耦合型的遠端感應式電漿，而亦可使用例如平行平板型的電容耦合型電漿處理裝置等。此時，例如亦可只對上部電極供應電漿產生用高頻電功率，而使電漿作用在下部電極上所載置之半導體晶圓。又，殘留氟去除步驟中所使用之以碳及氫作為構成元素之化合物氣體不限於CH4氣體，亦可使用例如CH3OH氣體等。
P‧‧‧電漿
W‧‧‧半導體晶圓
100‧‧‧氣體處理裝置
101‧‧‧處理室
102‧‧‧台座
103‧‧‧氣體導入部
104‧‧‧開口部
105‧‧‧透孔
106‧‧‧氣體擴散板
107‧‧‧排氣管
200‧‧‧電漿處理裝置
201‧‧‧處理室
202‧‧‧台座
203‧‧‧窗
204‧‧‧RF線圈
205‧‧‧氣體導入部
206‧‧‧氣體擴散板
207‧‧‧排氣管
300‧‧‧清潔處理裝置
301‧‧‧真空搬送處理室
302‧‧‧真空搬送機構
303‧‧‧裝載室
304‧‧‧搬送機構
305‧‧‧對準器
306‧‧‧晶圓傳送盒
307‧‧‧裝載埠
圖1係概略地顯示本發明一實施型態之氣體處理裝置的結構例之縱剖面圖。
圖2係概略地顯示本發明一實施型態之電漿處理裝置的結構例之縱剖面圖。
圖3為本發明一實施型態之基板清潔裝置的結構例之概略圖式。
圖4係顯示比較氟量的測量結果之圖表。
圖5係顯示XPS的測量結果之圖表。
圖6係概略地放大顯示於矽層產生有損傷之圖案的圖式。
100‧‧‧氣體處理裝置
200‧‧‧電漿處理裝置
300‧‧‧清潔處理裝置
301‧‧‧真空搬送處理室
302‧‧‧真空搬送機構
303‧‧‧裝載室
304‧‧‧搬送機構
305‧‧‧對準器
306‧‧‧晶圓傳送盒
307‧‧‧裝載埠
Claims (9)
- 一種基板之清潔方法，係於藉由電漿蝕刻來形成基板上的圖案後清潔該基板表面，其特徵在於具有以下步驟：副產物去除步驟，係將該基板曝露在HF氣體氛圍來去除副產物；及殘留氟去除步驟，係將含有氫氣與以碳及氫作為構成元素之化合物的氣體之清潔氣體電漿化並作用於該基板，來將殘留在該基板的氟去除；該基板上的圖案係含有矽層的露出部之圖案，以該殘留氟去除步驟來於該矽層的露出部表面形成由SiC所構成之層。
- 如申請專利範圍第1項之清潔方法，其中該以碳及氫作為構成元素之化合物的氣體為CH4氣體或CH3OH氣體。
- 如申請專利範圍第1或2項之清潔方法，其中該清潔氣體更進一步地包含有稀有氣體。
- 如申請專利範圍第3項之清潔方法，其中該稀有氣體為Ar氣體。
- 如申請專利範圍第1或2項之清潔方法，其中該清潔氣體係包含有4體積%以下的該氫氣。
- 如申請專利範圍第1或2項之清潔方法，其中該基板上的圖案係包含有矽層的露出部之圖案。
- 如申請專利範圍第6項之清潔方法，其中於該殘留氟 去除步驟中，係於該矽層的露出部表面形成有SiC所構成的層。
- 一種基板之清潔裝置，係於藉由電漿蝕刻來形成基板上的圖案後清潔該基板表面，其特徵在於具備有：副產物去除機構，係將該基板曝露在HF氣體氛圍來去除副產物；及殘留氟去除機構，係將含有氫氣與以碳及氫作為構成元素之化合物的氣體之清潔氣體電漿化並作用於該基板，來將殘留在該基板的氟去除；該基板上的圖案係含有矽層的露出部之圖案，以該殘留氟去除步驟來於該矽層的露出部表面形成由SiC所構成之層。
- 如申請專利範圍第8項之基板之清潔裝置，其中該基板上的圖案係包含有矽層的露出部之圖案。
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