专利名称：基板清洁方法及基板清洁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基板清洁方法及基板清洁装置。
背景技术：
以往，在半导体装置的制造领域中，利用等离子体蚀刻工序形成具有各种构造的 微细图案。另外，在该等离子体蚀刻工序中，有时会产生副生成物，在等离子体蚀刻工序之 后进行用于除去副生成物的清洁工序。作为上述等离子体蚀刻技术中的蚀刻硅的技术，公知有这样的技术在第1步骤 中利用SF6气体的等离子体除去硅表面的自然氧化膜，在第2步骤中利用氢气的等离子体 除去残留氟，在第3步骤中使用HCl和02的等离子体蚀刻硅(例如参照专利文献1)。另外，提到使用含有卤素的气体对进行了等离子体蚀刻后的处理室进行清洁的技 术，例如公知有这样的技术除氧气和卤素气体之外，还将氢气等作为清洁气体进行等离子 体清洁(例如参照专利文献2)。还公知有这样的技术在利用含有氟原子的气体进行等离子体蚀刻之后，通过在 水蒸气等含有氢的气 体气氛中对半导体基板进行加热来除去残留在氮化钛膜、钨膜的表面 的氟(例如参照专利文献3)。但是，在利用等离子体蚀刻形成层叠有硅层和绝缘膜层的构造的图案等含有硅层 的暴露部的图案等情况下，存在等离子体蚀刻时在图案表面附着有以SiO为主要成分的副 生成物的情况。这样的以SiO为主要成分的副生成物虽然能够通过使用HF气体等氟系气 体的气相除去方法来除去，但在这种情况下，氟会残留在图案表面。而且，在以残留有氟的 状态放置时，存在残留氟和硅层发生反应而图案产生缺陷这样的问题。作为除去残留氟的方法，众所周知水洗是有效的。但是，本发明人等经过详细调 查发现，例如在36nm以下等微细图案的情况下，水洗时存在因表面张力导致图案破坏的情 况。另外，例如在200°C左右的加热处理或者50°C 150°C左右的加热和暴露于水蒸气等处 理中，几乎无法得到除去残留于图案的氟的效果。并且，在通过暴露于氢气的等离子体中来 除去残留氟时，产生因氢的等离子体削减硅层这样的问题。专利文献1 日本特开平8-264507号公报专利文献2 日本特开平8-55838号公报专利文献3 日本特开平10-163127号公报如上所述，在等离子体蚀刻技术中，以往公知有使用氟系气体除去自然氧化膜或 者通过利用水洗、氢气的等离子体等除去残留氟的技术。但是，在利用等离子体蚀刻形成层 叠有硅层和绝缘膜层的构造的图案等含有硅层暴露部的图案的情况下，并没有不对图案造 成损伤就能够实施副生成物的除去和残留氟的除去的技术，寻求开发该技术。
发明内容
本发明即是应对上述以往的情况而做成的，其目的在于提供在利用等离子体蚀刻形成包含硅层的暴露部的图案时、不对图案产生损伤就能够除去副生成物和除去残留氟的 基板清洁方法及基板清洁装置。本发明的基板清洁方法在利用等离子体蚀刻形成基板上的图案之后清洁上述基 板的表面，其特征在于，该基板清洁方法包括副生成物除去工序，在该工序中，将上述基板 暴露于HF气体气氛中而除去副生成物；残留氟除去工序，在该工序中，将清洁气体等离子 化并使其作用于上述基板，除去残留于该基板上的氟，上述清洁气体包含氢气及作为构成 元素含有碳和氢的化合物的气体。本发明的基板清洁装置在利用等离子体蚀刻形成基板上的图案之后清洁上述基 板的表面，其特征在于，该基板清洁装置包括副生成物除去部件，其将上述基板暴露于HF 气体气氛中而除去副生成物；残留氟除去部件，其将清洁气体等离子化并使其作用于上述 基板，除去残留于该基板上的氟，上述清洁气体包含氢气及作为构成元素含有碳和氢的化 合物的气体。
采用本发明，能够提供在利用等离子体蚀刻形成层叠有硅层和绝缘膜层的构造的 图案时、不对图案产生损伤就能够除去副生成物和除去残留氟的基板清洁方法及基板清洁
直ο
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式的气体处理装置的结构例的纵剖视 图。图2是示意性地表示本发明的一个实施方式的等离子体处理装置的结构例的纵 剖视图。图3是示意性地表示本发明的一个实施方式的基板清洁装置的结构例的图。图4是表示对氟量的测定结果进行比较的坐杯图。图5是表示XP S的测定结果的坐标图。图6是示意性地表示放大在硅层中产生了损坏的图案的图。
具体实施例方式下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是示意性地表示本发明的一个实施方式的副生成物除去工序所使用的气体 处理装置100的结构例的纵剖视图。如该图所示，该气体处理装置100包括能够将内部气 密地封闭的处理室101。在该处理室101内设有用于载置半导体晶圆(基板)w的载物台 102。载物台102包括未图示的温度控制机构，能够将载置在载物台102上的半导体晶圆W 的温度维持在规定温度。在处理室101的上部设有用于向处理室101内导入规定的处理气体(本实施方式 中是HF气体)的气体导入部103。另外，在气体导入部103开口于处理室101内的开口部 104的下方设有形成有许多个通孔105的气体扩散板106，从该气体扩散板106的通孔105 以均勻分散的状态向半导体晶圆W的表面供给HF气体。另外，在处理室101的底部设有排气管107。该排气管107连接于未图示的真空泵 等，能够将处理室101内排气成规定的压力。
图2是示意性地表示本发明的一个实施方式的残留氟除去工序所使用的等离子 体处理装置200的结构例的纵剖视图。如该图所示，该等离子体处理装置200包括能够将 内部气密地封闭的处理室201。在该处理室201内设有用于载置半导体晶圆(基板)W的载 物台202。载物台202包括未图示的温度控制机构，能够将载置在载物台202上的半导体晶 圆W的温度维持在规定温度。处理室201例如由石英等构成，在其顶部形成有石英制的窗203。而且，在该窗203 的外侧设有连接于未图示的高频电源的RF线圈204。在窗203的局部设有用于将规定的 清洁气体(例如H2+CH4+Ar)导入到处理室201内的气体导入部205。而且，利用供给到RF 线圈204的高频的作用，产生从气体导入部205导入的清洁气体的等离子体P。在窗203的下方设有用于遮蔽等离子体和分散气体的气体扩散板206，经由该气 体扩散板206将等离子体中的自由基以分散的状态供给到载物台202上的半导体晶圆W。 另外，在使等离子体作用于基板的情况下，可以使基板和等离子体直接接触，也可以像本实 施方式这样进行远程等离子体的处理、即不使基板和等离子体直接接触，而使从在与基板 分开的部位产生的等离子体中引出的自由基作用于基板。另外，在处理室201的底部设有排气管207。该排气管207连接于未图示的真空泵 等，能够将处理室201内排气成规定的压力。图3表示将上述构造的气体处理装置100和等离子体处理装置200 —体化而成的 清洁处理装置300的构造。如该图所示，气体处理装置100和等离子体处理装置200借助 于真空输送室301相连接，在真空输送室301内配设有用于在真空气氛下输送半导体晶圆W 的真空输送机构302。另外，在真空输送室301和气体处理装置100之间及真空输送室301 和等离子体处理装置200之间分别设有未图示的开闭机构(闸阀等)。另外，在真空输送室301上连接有加载互锁真空室303，经由该加载互锁真空室 303将半导体晶圆W搬入到真空输送室301中或将其从真空输送室301中搬出。在加载互 锁真空室303的外侧配设有用于在常压气氛下输送半导体晶圆W的输送机构304。在该输 送机构304的周围配设有用于对半导体晶圆W进行定位的对准器305及用于载置收容了半 导体晶圆W的前开式晶圆传送盒(FOUP)(或者盒)306的加载部307。在本实施方式中，使用上述构造的清洁处理装置300如下这样清洁半导体晶圆W。在清洁处理装置300的加载部307上，载置有在作为前工序的等离子体蚀刻工序 中收容了半导体晶圆W的前开式晶圆传送盒(或者盒)306，该半导体晶圆W形成有包含硅 层的暴露部的图案。接着，利用输送机构304取出前开式晶圆传送盒306内的半导体晶圆W，首先将晶 圆W输送到对准器305，在此将半导体晶圆W定位。该对准器305的定位利用一边使半导体 晶圆W旋转一边检测其周缘部的位置和槽口的位置的公知的方法等来进行。之后，将半导 体晶圆W输送到加载互锁真空室303内。将半导体晶圆W搬入到加载互锁真空室303内，输送机构304的输送臂从加载互 锁真空室303内退避之后，关闭加载互锁真空室303的大气侧的开闭机构(未图示)，将加 载互锁真空室303内排气至规定的真空度。之后，打开加载互锁真空室303的真空侧的开 闭机构(未图示)，利用真空输送机构302将半导体晶圆W搬入到真空输送室301内。首先，在打开设置于真空输送室301和气体处理装置100 (处理室101)之间的未图示的开闭机构的状态下，将搬入到真空输送室301内的半导体晶圆W搬入到图1所示的 处理室101内，将半导体晶圆W载置在载物台102上，在此实施副生成物除去工序。该气体处理装置100的副生成物除去工序如下所述地实施。即，在副生成物除去 工序中，真空输送机构302的输送臂退避之后，关闭未图示的开闭机构。然后，通过将半导 体晶圆W载置在预先设定为规定温度的载物台102上，来将半导体晶圆W维持在规定温度， 在该状态下，从气体导入部103导入规定的处理气体(本实施方式中是HF气体)，并且从排 气管107排气，使处理室101内成为规定压力的处理气体气氛。副生成物除去工序中的半导体晶圆W的温度例如为几十度(例如20 40°C )， 压力例如为几十Pa 几千Pa(例如几百mTorr 几十Torr)，处理气体流量例如为几百 sccm 一千几百sccm左右，处理时间例如为几十秒 几分钟左右。利用该副生成物除去工 序，能够除去在等离子体蚀刻工序中产生的、以SiO为主要成分的副生成物。但是，在实施 该副生成物除去工序之后，由于使用了 H F气体，因此成为在半导体晶圆W上残留有氟的状 态。这样，在半导体晶圆W上残留有氟的状态下长时间放置时，残留氟和硅发生反应，图案 产生缺陷。在气体处理装置100的副生成物除去工序结束时，利用真空输送机构302将半导 体晶圆W从气体处理装置100搬出，经由真空输送室301搬入到等离子体处理装置200的 处理室201内。即，在打开设置于真空输送室301和等离子体处理装置200 (处理室201) 之间的未图示的开闭机构的状态下，将半导体晶圆W载置在图2所示的处理室201内的载 物台202上。然后，利用等离子体处理装置200如下所述那样进行残留氟除去工序。在该残留氟除去工序中，在真空输送机构302的输送臂从处理室201内退避之后， 关闭未图示的开闭机构。然后，通过将半导体晶圆W载置在预先设定为规定温度的载物台 202上来将半导体晶圆W维持在规定温度，在该状态下，从气体导入部205导入规定的清洁 气体(本实施方式中是H2+CH4+Ar)，并且从排气管207排气，使处理室201内维持在规定的 压力。与此同时，通过对RF线圈204施加高频电力，产生清洁气体的等离子体P。该等 离子体P被气体扩散板206维持在气体扩散板206和窗203之间的空间中，但从等离子体 P中引出的自由基作用于半导体晶圆W，残留于半导体晶圆W上的氟例如与H2发生反应成 为HF而被除去。此时，在像以往那样仅采用H 2的等离子体等时，形成于半导体晶圆W表面上的图 案中的、露出的硅层的部分被蚀刻，图案受到损伤。图6示意性地表示硅层的部分被蚀刻、 图案受到损伤的例子，如该图所示，硅层的暴露部分产生缺口等损伤。另一方面，在本实施方式中，由于在清洁气体中包含作为构成元素含有碳和氢的 化合物、即CH 4气体，因此，能够抑制该硅层的部分被蚀刻，从而能够抑制形成于半导体晶 圆W上的图案受到损伤。其原因推断为，在硅层的暴露部分的表面形成有SiC，SiC起到保 护层的作用。这一点通过如下所示的测定结果能够证明。图5是将纵轴作为强度、横轴作为结合能来表示利用XPS(X射线光电子分光)测 定仅进行了副生成物除去工序之后的半导体晶圆W(实线A)和在副生成物除去工序之后进 行了上述残留氟除去工序的半导体晶圆W(虚线B)的结果的坐标图。在该图中，在实线A、 虚线B中共同地出现的较高的峰值是表示硅和硅的结合能的峰值。而且，在曲线B中，结合能比该峰值高的一侧的类似山峰的山脚部分(表示Si和C的结合能)的强度较高，形成有 SiC0这样在硅的表面形成有SiC的情况下，也能够利用氧进行灰化，使SiC形成为SiO而 过渡到下一工序。另外，在上述残留氟除去工序中，由于存在CH4，因此氟能够作为CHF3等气体被除 去，因此，也能够提高氟的除去效率。另外，由于这样地CH 4具有氟的除去效果，因此，在可 以将半导体晶圆W加热到高温的情况下，通过不添加H2而仅采用CH4和Ar等稀有气体的 清洁气体，将半导体晶圆W加热到高温，也能够不产生沉积物(堆积物)地进行残留氟除去 工序。但是，在大多情况下，不期望将半导体晶圆W加热到高温。在上述等离子体处理装置200的残留氟除去工序结束时，利用真空输送机构302 将半导体晶圆W从等离子体处理装置200搬出，经由真空输送室301搬入到加载互锁真空 室303内。然后，利用输送机构304将半导体晶圆W经由该加载互锁真空室303搬出到大 气中，收容在载置于加载部307上的前开式晶圆传送盒306内。作为实施例，在利用气体处理装置100进行了副生成物除去工序之后，利用等离 子体处理装置200进行残留氟除去工序。副生成物除去工序的处理条件为压力=1330Pa (IOTorr)HF 气体=2800sccm载物台温度=30 0C处理时间=60秒。另外，残留氟除去工序的处理条件为压力=133Pa (ITorr)清洁气体=4体积 ％ H2/Ar = 1700sccm+CH4 (5sccm)高频电力=200W(27MHz)载物台温度=80 0C处理时间=10分钟。在本实施例中，残留氟除去工序之前的氟残留量为5.7X1013atOmS/Cm2，而残留 氟除去工序之后为2.9X1012atOmS/Cm2，用电子显微镜观察图案，也没有看到因硅层的蚀 刻导致的损伤。作为比较例，在利用未添加CH4的处理气体进行了残留氟除去工序，使高频电力 为50W时，没有看到图案因硅层的蚀刻导致的损伤。另外，在使高频电力为25W时，虽然不存 在图案因硅层的蚀刻导致的损伤，但残留氟除去工序之后的残留氟量为9. lX1012atoms/ cm2，氟的除去效果与实施例相比明显变差。另外，其他的条件与上述实施例的情况相同。将 该实施例、比较例及残留氟除去工序之前(仅是副生成物除去工序)的残留氟的测定结果 表示于将纵轴作为氟量的图4的柱状图中。如上所述，在实施例中，利用等离子体蚀刻形成包含硅层的暴露部的图案时，不对 图案产生损伤就能够除去副生成物和除去残留氟。另外，不言而喻，本发明并不限定于上述实施方式和实施例，能够进行各种变形。 例如，残留氟除去工序所使用的等离子体处理装置也可以不利用电感耦合型的远程等离子 体，而采用例如平行平板型的电容耦合型的等离子体处理装置。在这种情况下，例如也可以仅对上部电极供给等离子体生成用的高频电力，使等离子体作用于载置在下部电极上的半 导体晶圆。另外，残留氟除去工序所使用的、作为构成元素含有碳和氢的化合物的气体并不 限定于CH4气体，例如也可以采用CH30H气体等。
权利要求
1.一种基板清洁方法，该基板清洁方法在利用等离子体蚀刻形成基板上的图案之后清 洁上述基板的表面，其特征在于，该基板清洁方法包括副生成物除去工序，在该工序中，将上述基板暴露于H F气体气氛中而除去副生成物； 残留氟除去工序，在该工序中，将清洁气体等离子化并使其作用于上述基板，除去残留 于该基板上的氟，上述清洁气体包含氢气及作为构成元素含有碳和氢的化合物的气体。
2.根据权利要求1所述的基板清洁方法，其特征在于，上述作为构成元素含有碳和氢的化合物的气体是CH4气体或CH3OH气体。
3.根据权利要求1或2所述的基板清洁方法，其特征在于， 上述清洁气体还包含稀有气体。
4.根据权利要求3所述的基板清洁方法，其特征在于， 上述稀有气体是Ar气体。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的基板清洁方法，其特征在于， 上述清洁气体含有4体积％以下的上述氢气。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的基板清洁方法，其特征在于， 上述基板上的图案是包含硅层的暴露部的图案。
7.根据权利要求6所述的基板清洁方法，其特征在于，在上述残留氟除去工序中，在上述硅层的暴露部表面形成由SiC构成的层。
8.一种基板清洁装置，该基板清洁装置在利用等离子体蚀刻形成基板上的图案之后清 洁上述基板的表面，其特征在于，该基板清洁装置包括副生成物除去部件，其将上述基板暴露于H F气体气氛中而除去副生成物； 残留氟除去部件，其将清洁气体等离子化并使其作用于上述基板，除去残留于该基板 上的氟，上述清洁气体包含氢气及作为构成元素含有碳和氢的化合物的气体。
9.根据权利要求8所述的基板清洁装置，其特征在于， 上述基板上的图案是包含硅层的暴露部的图案。
全文摘要
本发明提供基板清洁方法及基板清洁装置。该基板清洁方法及基板清洁装置在利用等离子体蚀刻形成包含硅层的暴露部的图案时，不对图案产生损伤就能够除去副生成物和除去残留氟。该基板清洁方法在利用等离子体蚀刻形成基板上的图案之后清洁基板的表面，该基板清洁方法包括副生成物除去工序，在该工序中，将基板暴露于HF气体气氛中而除去副生成物；残留氟除去工序，在该工序中，将清洁气体等离子化并使其作用于基板，除去残留于该基板上的氟，上述清洁气体包含氢气及作为构成元素含有碳和氢的化合物的气体。
文档编号H01L21/318GK102148153SQ201110020639
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月7日 优先权日2010年1月8日
发明者大岩德久, 富田宽, 山下扶美子, 松下贵哉, 田原慈, 西村荣一 申请人:东京毅力科创株式会社