用于清洗基板的工藝氣體的產(chǎn)生的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請總體上涉及半導(dǎo)體處理，并且具體地涉及包括采用工藝氣體的預(yù)處理工藝以及濕清洗工藝的基板清洗工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在k值處于2.0-2.6范圍內(nèi)的低k電介質(zhì)的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)圖案化工藝中產(chǎn)生高度氟化聚合物。已經(jīng)證明，紫外(UV)預(yù)處理提高了使用兼容清洗溶劑的典型后段制程(BEOL)刻蝕后工藝的聚合物去除能力。在氧存在的情況下UV照射已經(jīng)被用于濕清洗工藝之前的一種有效的預(yù)處理工藝。具有低壓范圍的氧分壓強(qiáng)已經(jīng)表現(xiàn)為一種有效的方法。低壓未(Hg)燈能夠執(zhí)行這個(gè)工藝。低壓未燈具有兩個(gè)主發(fā)射波長:254nm和185nm。185nm的輻射具有足夠的能量來分解氧以形成氧原子，氧原子進(jìn)而與氧反應(yīng)以形成臭氧。254nm的輻射被臭氧吸收以產(chǎn)生氧原子。然而，使用185nm的輻射導(dǎo)致在工藝之后膜的k值的不期望的增加。挑戰(zhàn)在于:185nm的輻射具有足夠的能量來化學(xué)地激活并且破壞下面的低k電介質(zhì)。
[0003]無臭氧未燈是可用的，(即，僅254nm)，但預(yù)處理性能不像臭氧產(chǎn)生未燈(254nm和185nm) 一樣好。先前的一些清洗系統(tǒng)使用準(zhǔn)分子燈，例如，一個(gè)準(zhǔn)分子燈將小于190nm的光引導(dǎo)到氧氣中，引起臭氧的產(chǎn)生，而另一個(gè)準(zhǔn)分子燈將光引導(dǎo)到臭氧氣體中，引起具有高吸收系數(shù)的氧自由基的產(chǎn)生。包括氧自由基的氣體沿著基板表面經(jīng)過以引起其上的有機(jī)材料的變性。其他方法使用可以通過準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的激光，激光提供UV能量用于驅(qū)動(dòng)氧化反應(yīng)來將抗蝕劑或有機(jī)材料分解成通過排出泵持續(xù)排出的諸如CO、0)2和H2O的副產(chǎn)物。其他干刻蝕技術(shù)同樣可以用于清洗基板，但這樣的技術(shù)通常跟隨有濕清洗工藝。準(zhǔn)分子燈、激光的使用或者熱臭氧產(chǎn)生工藝的使用需要使用昂貴的設(shè)備和工藝。
[0004]需要在前段制程(FEOL)或后段制程(BEOL)工藝中控制下面的電介質(zhì)膜的損壞或k值變化的同時(shí)、清洗刻蝕后聚合物。另外，需要(a)減少跟隨有濕清洗工藝的預(yù)處理工藝的擁有成本以及(b)減少工藝氣體和處理液的傳送系統(tǒng)的數(shù)量和復(fù)雜性的簡化硬件系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供了一種采用包括預(yù)處理系統(tǒng)和濕清洗系統(tǒng)的清洗系統(tǒng)清洗基板的方法和系統(tǒng)。為預(yù)處理系統(tǒng)選擇一個(gè)或更多個(gè)目標(biāo)，并且使用計(jì)量測量對(duì)包括UV劑量、基板溫度、氧分壓強(qiáng)、氧和臭氧分壓強(qiáng)和/或總壓強(qiáng)的兩個(gè)或更多個(gè)預(yù)處理操作變量進(jìn)行優(yōu)化以滿足預(yù)處理目標(biāo)?；灏ù逑吹膶右约熬哂衚值的下面的電介質(zhì)層。包括氧和/或臭氧的預(yù)處理氣體被傳送到基板的表面上并且采用UV裝置照射，產(chǎn)生氧自由基。在預(yù)處理工藝中將基板清洗設(shè)定在小于100%，以便確?；宓膋值的變化在基板應(yīng)用的設(shè)定范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0006]圖1A是示出了批量刻蝕工藝中的抗蝕劑剝離的現(xiàn)有技術(shù)方法的架構(gòu)圖。
[0007]圖1B是用于在反應(yīng)室中使用兩路或更多路UV激光束從基板去除光刻膠(抗蝕劑)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的圖。
[0008]圖2是在使用UV光的預(yù)處理工藝和濕清洗工藝中使用的低k樣品的聚合物膜和抗蝕劑的示例側(cè)視圖。
[0009]圖3描述了根據(jù)UV劑量與基板溫度的關(guān)系進(jìn)行基板清洗的清洗操作窗的示例圖，基板清洗包括使用UV光的預(yù)處理工藝和使用基礎(chǔ)氧分壓強(qiáng)的濕清洗工藝。
[0010]圖4描述了根據(jù)UV劑量與基板溫度的關(guān)系進(jìn)行基板清洗的清洗操作窗的示例圖，基板清洗包括使用UV光的預(yù)處理工藝和使用比基礎(chǔ)氧分壓強(qiáng)更高的氧分壓強(qiáng)的濕清洗工
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[0011]圖5描述了根據(jù)UV劑量與基板溫度的關(guān)系進(jìn)行基板清洗的清洗操作窗的示例圖，基板清洗包括使用UV光的預(yù)處理工藝和使用比基礎(chǔ)氧分壓強(qiáng)更低的氧分壓強(qiáng)的濕清洗工
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[0012]圖6A描述了在有氧情況下對(duì)基板進(jìn)行UV照射之前基板的示例側(cè)視圖。圖6B描述了在預(yù)處理工藝之后基板的示例側(cè)視圖。圖6C是在預(yù)處理工藝和濕清洗工藝之后基板的示例側(cè)視圖。
[0013]圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式中包括使用UV光的預(yù)處理工藝和濕清洗工藝的清洗基板的方法的示例流程圖。
[0014]圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式中使用選擇的清洗操作變量控制清洗系統(tǒng)的方法的示例流程圖。
[0015]圖9是清洗系統(tǒng)的示例圖，其中UV源位于擴(kuò)散板之上，擴(kuò)散板被配置成在預(yù)處理工藝期間阻擋185nm波長的光照射基板并且允許其他波長的光照射基板，以及被配置成在隨后的濕清洗工藝期間保護(hù)UV源和相關(guān)的設(shè)備。
[0016]圖10是描繪了使用控制器優(yōu)化清洗系統(tǒng)的操作變量以滿足清洗目標(biāo)的清洗系統(tǒng)的示例性架構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1A是示出了批量刻蝕工藝中的抗蝕劑剝離的現(xiàn)有技術(shù)方法的架構(gòu)圖。為了方便本發(fā)明的描述，利用半導(dǎo)體基板來說明構(gòu)思的應(yīng)用。方法和工藝同樣應(yīng)用于諸如晶圓、磁盤、存儲(chǔ)器等的其他工件。類似地，可以利用硫酸水溶液與過氧化氫的混合物來說明本發(fā)明中的處理液。如下提到的，可以替選地使用其他處理液。處理液可以包括第一、第二和第三化學(xué)品，一種或更多種工藝氣體，以及反應(yīng)產(chǎn)物。
[0018]參考圖1A，架構(gòu)圖1示出了批量刻蝕工藝中的諸如抗蝕劑剝離的表面處理的現(xiàn)有技術(shù)方法，其中使用一個(gè)或更多個(gè)輸入流4和8，將刻蝕化學(xué)品(刻蝕劑)分配到安置有多個(gè)基板6的刻蝕處理室9上。可以使用溢流箱2和溢流嘴10重復(fù)使用或循環(huán)或者處理刻蝕劑。例如，可以通過在處理室4的側(cè)壁上或底部具有加熱器來提供加熱器(未示出)。加熱器可以是外置或內(nèi)置(inline)的。
[0019]圖1B是用于在反應(yīng)室16中使用兩路或更多路UV激光束32從基板14去除光刻膠(抗蝕劑)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的圖。示出了從基板14清洗諸如抗蝕劑或聚合物的有機(jī)材料層的設(shè)備15，包括反應(yīng)室16，其中提供有諸如Q2或者O 3和O 2的工藝氣體的供應(yīng)導(dǎo)管20。03可以從O 3發(fā)生器28中現(xiàn)場輸入(input in-situ)的O 2產(chǎn)生或者采用UV激光束32產(chǎn)生。反應(yīng)室16具有通過石英窗48使用UV燈36產(chǎn)生03的裝置。激光源30通過聚焦透鏡38和透明窗40引導(dǎo)UV激光束32。通過基板裝載器22裝載包含待清洗的層的基板14，通過傳送器26將基板14沿移動(dòng)方向44移動(dòng)經(jīng)過UV激光束32，并且通過基板卸載器24卸載該基板14。清洗的方法通過移動(dòng)基板14經(jīng)過UV激光束32兩次或更多次直到基板14被清洗來完成。如排出箭頭37所指示，排出泵34通過排出導(dǎo)管18持續(xù)地泵送排出工藝氣體。
[0020]圖2是使用跟隨有濕清洗工藝的采用UV光和工藝氣體的預(yù)處理工藝、在清洗基板224中使用的低k樣品的層的示例圖200?；?24包括硅層216，k值處于2.0到2.2范圍中的先進(jìn)低k(ALK)電介質(zhì)膜212。還可以使用k值的其他范圍。在ALK電介質(zhì)膜212之上是光刻膠208。頂部共形層(top conformal layer)是60_70nm范圍的聚合物膜204?；宓那逑窗ㄍㄟ^組合的預(yù)處理工藝和濕刻蝕工藝來去除聚合物膜204和光刻膠208。
[0021]圖3描述了根據(jù)UV劑量與基板溫度的關(guān)系進(jìn)行基板清洗的清洗操作窗308的示例圖，基板清洗包括使用UV光的預(yù)處理工藝和使用基礎(chǔ)氧分壓強(qiáng)的濕清洗工藝。清洗操作窗308被定義為實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多個(gè)清洗工藝的目標(biāo)并且氧分壓強(qiáng)在基礎(chǔ)氧分壓強(qiáng)處保持恒定的操作變量的范圍?；跉v史或仿真數(shù)據(jù)針對(duì)基板應(yīng)用選擇基礎(chǔ)氧分壓強(qiáng)。清洗操作窗308是點(diǎn)線316和實(shí)線320之間的區(qū)域，表示在未對(duì)下面的電介質(zhì)造成任何損害的情況下基板被清洗的基板溫度和UV劑量的點(diǎn)。以實(shí)線320為界直到圖的底部的區(qū)域312表示基板具有通過清洗工藝未去除的殘余聚合物的基板溫