用于清洗基板的工艺气体的产生的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请总体上涉及半导体处理，并且具体地涉及包括采用工艺气体的预处理工艺以及湿清洗工艺的基板清洗工艺。
【背景技术】
[0002]在k值处于2.0-2.6范围内的低k电介质的反应离子刻蚀(RIE)图案化工艺中产生高度氟化聚合物。已经证明，紫外(UV)预处理提高了使用兼容清洗溶剂的典型后段制程(BEOL)刻蚀后工艺的聚合物去除能力。在氧存在的情况下UV照射已经被用于湿清洗工艺之前的一种有效的预处理工艺。具有低压范围的氧分压强已经表现为一种有效的方法。低压未(Hg)灯能够执行这个工艺。低压未灯具有两个主发射波长:254nm和185nm。185nm的辐射具有足够的能量来分解氧以形成氧原子，氧原子进而与氧反应以形成臭氧。254nm的辐射被臭氧吸收以产生氧原子。然而，使用185nm的辐射导致在工艺之后膜的k值的不期望的增加。挑战在于:185nm的辐射具有足够的能量来化学地激活并且破坏下面的低k电介质。
[0003]无臭氧未灯是可用的，(即，仅254nm)，但预处理性能不像臭氧产生未灯(254nm和185nm) 一样好。先前的一些清洗系统使用准分子灯，例如，一个准分子灯将小于190nm的光引导到氧气中，引起臭氧的产生，而另一个准分子灯将光引导到臭氧气体中，引起具有高吸收系数的氧自由基的产生。包括氧自由基的气体沿着基板表面经过以引起其上的有机材料的变性。其他方法使用可以通过准分子激光器产生的激光，激光提供UV能量用于驱动氧化反应来将抗蚀剂或有机材料分解成通过排出泵持续排出的诸如CO、0)2和H2O的副产物。其他干刻蚀技术同样可以用于清洗基板，但这样的技术通常跟随有湿清洗工艺。准分子灯、激光的使用或者热臭氧产生工艺的使用需要使用昂贵的设备和工艺。
[0004]需要在前段制程(FEOL)或后段制程(BEOL)工艺中控制下面的电介质膜的损坏或k值变化的同时、清洗刻蚀后聚合物。另外，需要(a)减少跟随有湿清洗工艺的预处理工艺的拥有成本以及(b)减少工艺气体和处理液的传送系统的数量和复杂性的简化硬件系统。
【发明内容】
[0005]提供了一种采用包括预处理系统和湿清洗系统的清洗系统清洗基板的方法和系统。为预处理系统选择一个或更多个目标，并且使用计量测量对包括UV剂量、基板温度、氧分压强、氧和臭氧分压强和/或总压强的两个或更多个预处理操作变量进行优化以满足预处理目标。基板包括待清洗的层以及具有k值的下面的电介质层。包括氧和/或臭氧的预处理气体被传送到基板的表面上并且采用UV装置照射，产生氧自由基。在预处理工艺中将基板清洗设定在小于100%，以便确保基板的k值的变化在基板应用的设定范围内。
【附图说明】
[0006]图1A是示出了批量刻蚀工艺中的抗蚀剂剥离的现有技术方法的架构图。
[0007]图1B是用于在反应室中使用两路或更多路UV激光束从基板去除光刻胶(抗蚀剂)的现有技术设备的图。
[0008]图2是在使用UV光的预处理工艺和湿清洗工艺中使用的低k样品的聚合物膜和抗蚀剂的示例侧视图。
[0009]图3描述了根据UV剂量与基板温度的关系进行基板清洗的清洗操作窗的示例图，基板清洗包括使用UV光的预处理工艺和使用基础氧分压强的湿清洗工艺。
[0010]图4描述了根据UV剂量与基板温度的关系进行基板清洗的清洗操作窗的示例图，基板清洗包括使用UV光的预处理工艺和使用比基础氧分压强更高的氧分压强的湿清洗工
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[0011]图5描述了根据UV剂量与基板温度的关系进行基板清洗的清洗操作窗的示例图，基板清洗包括使用UV光的预处理工艺和使用比基础氧分压强更低的氧分压强的湿清洗工
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[0012]图6A描述了在有氧情况下对基板进行UV照射之前基板的示例侧视图。图6B描述了在预处理工艺之后基板的示例侧视图。图6C是在预处理工艺和湿清洗工艺之后基板的示例侧视图。
[0013]图7是本发明的实施方式中包括使用UV光的预处理工艺和湿清洗工艺的清洗基板的方法的示例流程图。
[0014]图8是本发明的实施方式中使用选择的清洗操作变量控制清洗系统的方法的示例流程图。
[0015]图9是清洗系统的示例图，其中UV源位于扩散板之上，扩散板被配置成在预处理工艺期间阻挡185nm波长的光照射基板并且允许其他波长的光照射基板，以及被配置成在随后的湿清洗工艺期间保护UV源和相关的设备。
[0016]图10是描绘了使用控制器优化清洗系统的操作变量以满足清洗目标的清洗系统的示例性架构图。
【具体实施方式】
[0017]图1A是示出了批量刻蚀工艺中的抗蚀剂剥离的现有技术方法的架构图。为了方便本发明的描述，利用半导体基板来说明构思的应用。方法和工艺同样应用于诸如晶圆、磁盘、存储器等的其他工件。类似地，可以利用硫酸水溶液与过氧化氢的混合物来说明本发明中的处理液。如下提到的，可以替选地使用其他处理液。处理液可以包括第一、第二和第三化学品，一种或更多种工艺气体，以及反应产物。
[0018]参考图1A，架构图1示出了批量刻蚀工艺中的诸如抗蚀剂剥离的表面处理的现有技术方法，其中使用一个或更多个输入流4和8，将刻蚀化学品(刻蚀剂)分配到安置有多个基板6的刻蚀处理室9上。可以使用溢流箱2和溢流嘴10重复使用或循环或者处理刻蚀剂。例如，可以通过在处理室4的侧壁上或底部具有加热器来提供加热器(未示出)。加热器可以是外置或内置(inline)的。
[0019]图1B是用于在反应室16中使用两路或更多路UV激光束32从基板14去除光刻胶(抗蚀剂)的现有技术设备的图。示出了从基板14清洗诸如抗蚀剂或聚合物的有机材料层的设备15，包括反应室16，其中提供有诸如Q2或者O 3和O 2的工艺气体的供应导管20。03可以从O 3发生器28中现场输入(input in-situ)的O 2产生或者采用UV激光束32产生。反应室16具有通过石英窗48使用UV灯36产生03的装置。激光源30通过聚焦透镜38和透明窗40引导UV激光束32。通过基板装载器22装载包含待清洗的层的基板14，通过传送器26将基板14沿移动方向44移动经过UV激光束32，并且通过基板卸载器24卸载该基板14。清洗的方法通过移动基板14经过UV激光束32两次或更多次直到基板14被清洗来完成。如排出箭头37所指示，排出泵34通过排出导管18持续地泵送排出工艺气体。
[0020]图2是使用跟随有湿清洗工艺的采用UV光和工艺气体的预处理工艺、在清洗基板224中使用的低k样品的层的示例图200。基板224包括硅层216，k值处于2.0到2.2范围中的先进低k(ALK)电介质膜212。还可以使用k值的其他范围。在ALK电介质膜212之上是光刻胶208。顶部共形层(top conformal layer)是60_70nm范围的聚合物膜204。基板的清洗包括通过组合的预处理工艺和湿刻蚀工艺来去除聚合物膜204和光刻胶208。
[0021]图3描述了根据UV剂量与基板温度的关系进行基板清洗的清洗操作窗308的示例图，基板清洗包括使用UV光的预处理工艺和使用基础氧分压强的湿清洗工艺。清洗操作窗308被定义为实现一个或更多个清洗工艺的目标并且氧分压强在基础氧分压强处保持恒定的操作变量的范围。基于历史或仿真数据针对基板应用选择基础氧分压强。清洗操作窗308是点线316和实线320之间的区域，表示在未对下面的电介质造成任何损害的情况下基板被清洗的基板温度和UV剂量的点。以实线320为界直到图的底部的区域312表示基板具有通过清洗工艺未去除的残余聚合物的基板温