(57)【要約】  前処理システムシステムと湿式清浄化システムを有する清浄化システム(902,1004)によって基板(6,14,224,932)を清浄化する方法及びシステムが供される。前記前処理システムの1つ以上の目標が選択される。UV照射量、基板温度、酸素分圧、酸素とオゾンの分圧、及び/又は全圧力を含む2つ以上の前処理操作変数が、度量衡測定を利用することによって、前記前処理目標を満足するように最適化される。前記基板(6,14,224,932)は、清浄化される層(204,208)とk値を有する下地の誘電層(212)を有する。酸素及び/又はオゾンを含む前処理ガスが、前記基板(6,14,224,932)の表面上に供給され、かつ、UV装置によって照射される。その結果酸素ラジカルが生成される。前記基板(6,14,224,932)のk値の変化が前記基板の用途向けに設定された範囲内であることを保証するため、前処理プロセスにおける前記基板(6,14,224,932)の清浄化は、100%未満で設定される。
2015537372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ及びガス供給サブシステムを有する前処理システム並びに湿式清浄化システムを有する清浄化システムによって基板を清浄化する方法であって：
前記前処理システム用に1つ以上の前処理目標を選択する工程；
2つ以上の前処理目標を実現するために最適化される2つ以上の前処理操作変数を選択する工程；
清浄化される層及びk値を有する下地の誘電層を有する処理用の基板を供する工程；
前記ガス供給サブシステムを用いることによって、前記プロセスチャンバ内の前記基板の表面に前処理ガスを供給する工程；
1つ以上の波長の範囲と紫外(UV)照射量を有するUV装置によって前記前処理ガスに照射することで、前記基板の前処理のためのラジカルを生成する工程であって、前記照射は前処理の第1プロセス期間中に完了する、工程；
前記前処理システム内での行われた2つ以上の度量衡測定を用いて前記の選択された2つ以上の前処理変数を制御する工程；
を含む前処理プロセスを有し、
前記前処理ガスは酸素又は酸素とオゾンを含み、
前記2つ以上の前処理操作変数は、前記UV照射量、基板温度、第1プロセス期間、酸素分圧、酸素とオゾンの分圧、及び/又は全プロセスガスの圧力を含み、かつ、
前記2つ以上の前処理目標は、100%未満の前処理清浄化割合を含む、
方法。
【請求項２】
前記2つ以上の前処理目標は、前記前処理システムと前記湿式清浄化システムの所有の合計コスト又は前記下地の誘電層のk値の目標変化を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記前処理清浄化割合が50乃至99%の範囲内である、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第1プロセス期間が120秒未満である、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記前処理清浄化割合が50乃至99%の範囲内で、かつ、
前記第1プロセス期間が120秒未満である、
請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記2つ以上の前処理目標が、前記前処理システムと前記湿式清浄化システムの所有の目標合計コスト、前記第1プロセス期間、及び、前記下地の誘電層のk値の変化を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記前処理システムと前記湿式清浄化システムの所有の目標合計コストが、湿式清浄化プロセスのみを用いた前記基板の清浄化のコスト未満で、
前記第1プロセス期間が120秒未満で、かつ、
前記下地の誘電層のk値の変化が0.2以下である、
請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記前処理ガスが、空気から生成されるオゾンと酸素原子、又は、間接オゾン源による酸素を利用し、かつ、
前記オゾンは、真空UV源又はコロナ放電によって生成される、
請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記オゾンが、前記プロセスチャンバへ供給される240nm未満の波長を有するUV源によって生成され、他方前記基板には254nmの放射線のみが照射される、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記UV装置が1つ以上の低圧Hgランプである、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記UV装置が、185nmの第1の主要光波長と254nmの第2の主要光波長を含む2つの光の波長範囲を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記UV装置が、前記185nmの照射を吸収する拡散板を利用する、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記下地の誘電層のk値が2.0乃至2.6の範囲内で、かつ、
前記基板温度が25乃至150℃の範囲内である、
請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素分圧が15乃至159Torrの範囲内で、かつ、
前記全プロセスガスの圧力が80乃至760Torrの範囲内である、
請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
前記UV照射量が0.1乃至20.0J/cm2の範囲内である、請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
前記前処理の第1プロセス期間後に前記湿式清浄化システムを用いて湿式清浄化プロセスを実行する工程をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１７】
前記湿式清浄化プロセスが単一ウエハシステム上で実行される、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記前処理プロセスが第1単一ウエハシステムを用いて実行され、かつ、前記湿式清浄化プロセスが第2単一ウエハシステムを用いて実行され、又は、
前記前処理プロセスと前記湿式清浄化プロセスが同一の単一ウエハシステムを用いて実行される、
請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
前記湿式清浄化プロセスが、処理液体による浸漬清浄化プロセスを利用し、かつ、
前記処理液体は、水性、半水性、又は完全溶媒の化学物質を利用する、
請求項16に記載の方法。
【請求項２０】
前記処理液体が、水酸化アンモニウム(NH4OH)と過酸化水素(H2O2)、希釈フッ化水素酸(DHF)、蒸留水(DIW)とオゾン、又はジメチルスルホオキシド(DMSO)若しくはモノエタノールアミン(MEA)を含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理液体を再循環させる工程をさらに有する、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記清浄化システムが、フロントエンドの製造クラスタ又はバックエンドの製造クラスタである、請求項1に記載の方法。
【請求項２３】
前記前処理ガスが供給されて前記プロセスチャンバ内で混合され、
前記オゾンは、前記プロセスチャンバへ供給される240nm未満の波長を有するUV源によって生成され、他方前記基板には254nmの放射線のみが照射され、
前記UV源は拡散板上方に設けられ、前記拡散板は、前記前処理プロセス中に185nmの波長の光を阻止し、かつ、後続の前記湿式清浄化プロセス中に前記UV源と該UV源に係る装置を保護するように構成されている、
請求項16に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセスチャンバが、前記前処理プロセス中及び後続の前記湿式清浄化プロセス中に反応チャンバとして機能するように構成される、請求項16に記載の方法。
【請求項２５】
単一の基板上の層の清浄化を制御するシステムであって、
当該システムは、イオン注入されたレジストとポリマー膜を含む層を有してk値を有する基板及び基板清浄化システムを有し、
前記基板清浄化システムは：
前記基板を保持するように構成されるプロセスチャンバ；
前記プロセスチャンバと結合し、かつ、第1プロセス期間中に1種類以上のプロセスガスを前記基板の表面の一部へ供給するように構成されるプロセスガス供給システム；
前記プロセスチャンバと結合し、かつ、前記第1プロセス期間中に紫外(UV)光を前記基板へ照射するように構成されて、1つ以上の波長の範囲とUV照射量を有するUV装置；
前記プロセスチャンバと結合し、かつ、第2プロセス期間中に前記基板の表面に処理液体を供給するように構成される処理液体供給システム；
前記プロセスチャンバと結合し、かつ、前記第1プロセス期間中に前記基板へ第1運動速度を供し、かつ、前記第2プロセス期間中に前記基板へ第2運動速度を供するように構成される、運動制御システム；
前記プロセスチャンバと結合し、かつ、前記基板温度を調節するように構成される、基板温度調節装置；
前記基板清浄化システムと結合し、かつ、2つ以上の清浄化目標を実現するため、2つ以上の清浄化操作変数を最適化するように構成される、制御装置を有する、
システム。
【請求項２６】
前記2つ以上の清浄化目標が、残留物除去の割合、及び、前記第1プロセス期間と前記第2プロセス期間の合計である合計時間を含む、請求項25に記載のシステム。
【請求項２７】
前記1種類以上のプロセスガスが酸素とオゾンの混合物で、
前記処理液体が硫酸過水(SPM)で、かつ、
前記UV装置からの光の波長は200乃至300nmの範囲内である、
請求項25に記載のシステム。
【請求項２８】
前記1種類以上のプロセスガスが酸素とオゾンで、
前記UV装置が1つ以上の低圧Hgランプで、かつ、
前記処理液体がSPMである、
請求項25に記載のシステム。
【請求項２９】
前記オゾンと酸素原子が、空気から、又は、間接オゾン源による酸素から生成され、
前記オゾンは、真空UV源、コロナ放電、又は、前記プロセスチャンバへ供給される240nm未満の波長を有するUV源によって生成され、他方前記基板には254nmの放射線のみが照射される、
請求項28に記載のシステム。
【請求項３０】
前記酸素とオゾンが供給されて前記プロセスチャンバ内で混合され、
前記UV源は拡散板上方に設けられ、
前記拡散板は、前記第1プロセス期間中に185nmの波長の光を阻止し、かつ、前記第2プロセス期間中に前記UV源と該UV源に係る装置を保護するように構成されている、
請求項29に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プロセスチャンバと結合し、かつ、前記処理液体を再循環させるように構成される再循環システムをさらに有する、請求項29に記載のシステム。
【請求項３２】
前記前処理プロセスの選択された2つ以上の操作変数が、UV照射量、基板温度、前処理清浄化割合、酸素分圧、酸素とオゾンの分圧、第1プロセス期間、又は全プロセスガスの圧力のうちの2つ以上を含む、請求項29に記載のシステム。
【請求項３３】
前記下地の誘電層のk値が2.0乃至2.6の範囲内で、
前記UV照射量が0.1乃至20.0J/cm2の範囲内で、
前記酸素分圧が15乃至159Torrの範囲内で、
前記全プロセスガスの圧力が80乃至760Torrの範囲内で、かつ、
前記基板温度が25乃至150℃の範囲内である、
請求項32に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は概して、半導体処理に関し、より詳細には、プロセスガスによる前処理プロセスと湿式清浄化プロセスを有する基板清浄化プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高フッ化ポリマーは、k値が2.0〜2.6の範囲内である低誘電率誘電体用に反応性イオンエッチング(RIE)パターニングプロセスにおいて生成される。紫外(UV)前処理が、相性の良い清浄化用溶媒を用いることによって、典型的なバックエンド(BEOL)エッチング後処理のポリマー除去能力を向上させることが示された。酸素が存在する状態でのUV照射は、湿式清浄化プロセス前の有効な前処理プロセス用に用いられてきた。低圧力範囲の分圧が、有効な方法として示されてきた。低圧水銀(Hg)ランプは、このプロセスを実行することができる。低圧水銀ランプは2つの主要な発光波長254nmと185nmを有する。185nmの放射線は、酸素を解離することで酸素原子を生成するのに十分なエネルギーを有する。前記酸素原子は酸素と反応することでオゾンを生成する。254nm放射線は、オゾンによって吸収されることで、酸素原子を生成する。185nmの放射線を利用することで、処理後の膜のk値の意図しないほどに増大してしまう。問題は、185nm放射線が、下地の低誘電率誘電体を化学的に活性化して破壊してしまうのに十分なエネルギーを有することである。
【０００３】
オゾンを用いないHgランプ（つまり254nmのみ）は利用可能だが、前処理性能は、オゾン生成Hgランプ（254nmと185nm）ほど良好ではない。これまでの清浄化システムの中には複数のエキシマランプを用いるものがある。たとえば、一のエキシマランプは、190nm未満の光を酸素ガスへ導光することでオゾンの生成を引き起こし、他のエキシマランプは、光をオゾンガスへ導光することで高い吸収係数を有する酸素ラジカルの生成を引き起こす。酸素ラジカルを含むガスは、基板表面に沿って通り抜けることで、上に存在する有機材料の劣化を引き起こす。他の方法は、エキシマレーザーによって生成可能なレーザーを利用する。前記エキシマレーザーは、UVエネルギーを供することで酸化反応を起こしてレジスト又は有機材料を分解して副生成物−たとえばCO、CO2、H2O−にする。前記副生成物は、連続的に排出ポンプによって排出される。他の乾式エッチング法もまた基板の清浄化に用いることができるが、係る方法は一般的に、湿式清浄化プロセスがその後に行われる。エキシマランプやレーザーの利用又は熱オゾンプロセスの発生の利用には、高価な装置とプロセスの利用が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フロントエンド(FEOL)プロセス又はバックエンド(BEOL)プロセスにおける下地の誘電膜のk値の変化又は損傷を制御しながらエッチング後ポリマーを清浄化する必要がある。それに加えて、(a)前処理プロセスとその後の湿式清浄化プロセスについての所有のコストを減少させること、及び、(b)プロセスガスと処理流体用の供給システムの個数と複雑さを減少させる単純化されたハードウエアシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前処理システムシステムと湿式清浄化システムを有する清浄化システムによって基板を清浄化する方法及びシステムが供される。前記前処理システムの1つ以上の目標が選択される。UV照射量、基板温度、酸素分圧、酸素とオゾンの分圧、及び/又は全圧力を含む2つ以上の前処理操作変数が、度量衡測定を利用することによって、前記前処理目標を満足するように最適化される。前記基板は、清浄化される層とk値を有する下地の誘電層を有する。酸素及び/又はオゾンを含む前処理ガスが、前記基板の表面上に供給され、かつ、UV装置によって照射される。その結果酸素ラジカルが生成される。前記基板のk値の変化が前記基板の用途向けに設定された範囲内であることを保証するため、前処理プロセスにおける前記基板の清浄化は、100%未満で設定される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】バッチエッチングプロセスにおいてレジストを剥離する従来技術に係る方法を表す概略図である。
【図１Ｂ】反応チャンバ内において2本以上のUVレーザー路を用いて基板からフォトレジスト（レジスト）を除去する従来技術に係る装置の概略図である。
【図２】UV光を用いた前処理プロセス及び湿式清浄化プロセスにおいて用いられる低誘電率試料のポリマー膜とレジストの典型的な側面概略図である。
【図３】基板温度に対するUV照射量の関数として基板清浄化の清浄操作の最適条件領域(window)の典型的なグラフを表している。前記基板清浄化は、UV光を用いた前処理プロセスと塩基性酸素分圧を利用した湿式清浄化プロセスを有する。
【図４】基板温度に対するUV照射量の関数として基板清浄化の清浄操作の最適条件領域(window)の典型的なグラフを表している。前記基板清浄化は、UV光を用いた前処理プロセスと、塩基性酸素分圧よりも高い酸素分圧を用いた湿式清浄化プロセスを有する。
【図５】基板温度に対するUV照射量の関数として基板清浄化の清浄操作の最適条件領域(window)の典型的なグラフを表している。前記基板清浄化は、UV光を用いた前処理プロセスと、塩基性酸素分圧よりも低い酸素分圧を用いた湿式清浄化プロセスを有する。
【図６】6Aは酸素による基板へのUV照射前の基板の典型的な側面像を表し、6Bは前処理プロセス後の基板の典型的な側面像を表し、かつ、6Cは前処理プロセスと湿式清浄化プロセス後の基板の典型的な側面像である。
【図７】本発明の実施例におけるUV光を用いた前処理プロセスと湿式清浄化プロセスを用いた基板の清浄化方法の典型的なフローチャートである。
【図８】本発明の実施例における選択された清浄化操作変数を用いることによって清浄化システムを制御する方法の典型的なフローチャートである。
【図９】清浄化システムの典型的な概略図である。前記清浄化システム内では、UV源が拡散板上方に設けられ、前記拡散板は、前処理プロセス中に185nmの波長の光を阻止し、かつ、他の波長の光を基板へ照射することを可能にし、かつ、後続の湿式清浄化プロセス中にUV源と該UV源に係る装置を保護するように構成されている。
【図１０】清浄化システムの操作変数を最適化することで清浄化の目標を満足するための制御装置の利用を表す清浄化システムの典型的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図1Aは、バッチエッチングプロセスにおいてレジストを剥離する従来技術に係る方法を表す概略図である。本発明の記載を補助するため、半導体基板が、基本概念の応用を表すのに利用される。当該方法及びプロセスは、他の試料−たとえばウエハ、ディスク、メモリ等−に対しても同じように適用される。同様に、水性の硫酸と過酸化水素の混合物が、本発明における処理液体を表すのに利用されて良い。前述したように、他の処理液体が代わりに用いられても良い。処理液体は、1級化学物質、2級化学物質、3級化学物質、1種類以上のプロセスガス、及び反応副生成物を含んで良い。
【０００８】
図1Aを参照すると、概略図1が、従来技術に係る表面処理方法−たとえばバッチエッチングプロセスにおけるレジスト剥離−を表している。バッチエッチングプロセスにおけるレジスト剥離では、エッチング用化学物質（エッチャント）が、1つ以上の入力流4,8を用いることによって、複数の基板6が設けられているエッチングプロセスチャンバ9へ供給される。エッチャントは、オーバーフロータンク2とオーバーフロー噴出口10を用いて、再利用、再循環、又は処分されて良い。ヒーター（図示されていない）がたとえば、プロセスチャンバ4の側部又は底部にヒーターを有することによって供されて良い。ヒーターは外付けであって良いし、又は、内蔵であっても良い。
【０００９】
図1Bは、反応チャンバ16内において2本以上のUVレーザービーム路32を用いて基板14からフォトレジスト（レジスト）を除去する従来技術に係る装置の概略図である。基板14から有機材料層−たとえばレジスト又はポリマー層−を清浄化する装置15が図示されている。装置15は反応チャンバ16を有する。反応チャンバ16内では、プロセスガス−たとえばO2又はO3及びO2−用に供給導管20が供給されている。O3は、O3生成装置28内においてO2入力からその場で生成されて良いし、又は、UVレーザービーム32によって生成されても良い。反応チャンバ16は、石英窓48を通り抜けるUVランプ36を用いることによってO3を生成する手段を有する。レーザー源30は、集束レンズ38と透明窓40を透過するようにUVレーザービーム32を導光する。清浄化される層を含む基板14は、基板搬送器22によって搬入され、UVレーザービーム32が通過するようにコンベヤ26によって移動方向44へ動かされ、かつ、基板搬出器24によって搬出される。清浄化方法は、基板14が清浄化されるまで、UVレーザービーム32が通り抜けるように基板14を2,3回動かすことによって行われる。排出プロセスガスは、排出矢印37に示されているように、排出ポンプ34によって排出導管18を介して連続的に押し出される。
【００１０】
図2は、UV光とプロセスガスによる前処理プロセスと、それに続く湿式清浄化プロセスを用いた基板224の清浄化に用いられる低誘電率試料の層の典型的な概略図200である。基板224は、シリコン層216と最新低誘電率(ALK)誘電膜212を有する。最新低誘電率(ALK)誘電膜212でのk値は2.0〜2.2の範囲内である。他の範囲のk値が用いられても良い。ALK膜212の上にはフォトレジスト208が存在する。上部のコンフォーマル層は、60〜70nm範囲内のポリマー膜204である。基板の清浄化は、前処理プロセスと湿式エッチングプロセスの組み合わせによるポリマー膜204とフォトレジスト208の除去を含む。
【００１１】
図3は、基板温度に対するUV照射量の関数として基板清浄化の清浄操作の最適条件領域(window)308の典型的なグラフを表している。前記基板清浄化は、UV光を用いた前処理プロセスと塩基性酸素分圧を利用した湿式清浄化プロセスを有する。清浄操作の最適条件領域308は、1つ以上の清浄化プロセスの目標が実現され、かつ、酸素分圧が塩基性酸素分圧で一定に保たれる操作変数の範囲として定義される。基板応用のため、塩基性酸素分圧が、履歴データ又はシミュレーションデータに基づいて選択される。清浄化操作の最適条件領域308とは、下地の誘電層が損傷を受けることなく基板が清浄化されるUV照射量と基板温度の点を表す点線316と実線320との間の領域のことである。実線320とグラフの底部によって囲まれる領域312は、基板が清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーを有するUV照射量と基板温度の点を表す。点線316とグラフの上部によって囲まれる領域304は、基板が清浄ではあるが下地の誘電層が損傷するか、又は、k値の変化が許容可能なkの変化の範囲を超えるUV照射量と基板温度の点を表す。傾向を示す点線の矢印322は、誘電層のk値が小さくなることで、領域304は拡張する−つまり清浄だが損傷した基板が得られる場合が増大する−ことを示している。傾向を示す実線の矢印328は、エッチング後ポリマーの厚さが増大すれば、清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーが得られる場合が増大することを示している。
【００１２】
図4は、基板温度に対するUV照射量の関数として基板清浄化の清浄操作の最適条件領域(window)の典型的なグラフを表している。前記基板清浄化は、UV光を用いた前処理プロセスと、塩基性酸素分圧よりも高い酸素分圧を用いた湿式清浄化プロセスを有する。前述したように、最適条件領域408とは、清浄化プロセスの1つ以上の目標が実現され、かつ、酸素分圧が図3の塩基性酸素分圧よりも高い値で一定に保たれる操作変数の範囲として定義される。基板応用のため、塩基性酸素分圧が、履歴データ又はシミュレーションデータに基づいて選択される。清浄化操作の最適条件領域408とは、下地の誘電層が損傷を受けることなく基板が清浄化されるUV照射量と基板温度の点を表す破線416と一点鎖線420との間の領域のことである。一点鎖線420とグラフの底部によって囲まれる領域412は、基板が清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーを有するUV照射量と基板温度の点を表す。破線416とグラフの上部によって囲まれる領域404は、基板が清浄ではあるが下地の誘電層が損傷するか、又は、k値の変化が許容可能なkの変化の範囲を超えるUV照射量と基板温度の点を表す。傾向を示す点線の矢印422は、誘電層のk値が小さくなることで、領域404は拡張する−つまり清浄だが損傷した基板が得られる場合が増大する−ことを示している。傾向を示す実線の矢印428は、エッチング後ポリマーの厚さが増大すれば、清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーが得られる場合が増大することを示している。下地の誘電層が損傷するか、又は、k値の変化が許容可能なkの変化の範囲を超える図4の領域404は、図3の同様の領域304よりもはるかに小さいことに留意して欲しい。対照的に、下地の誘電層が損傷するか、又は、基板が清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーを有する領域は、図3の同様の領域312よりもはるかに大きいことに留意して欲しい。
【００１３】
図5は、基板温度に対するUV照射量の関数として基板清浄化の清浄操作の最適条件領域(window)の典型的なグラフを表している。前記基板清浄化は、UV光を用いた前処理プロセスと、図3の塩基性酸素分圧よりも低い酸素分圧を用いた湿式清浄化プロセスを有する。前述したように、最適条件領域とは、清浄化プロセスの1つ以上の目標が実現され、かつ、酸素分圧が図3の塩基性酸素分圧よりも高い値で一定に保たれる操作変数の範囲として定義される。基板応用のため、塩基性酸素分圧が、履歴データ又はシミュレーションデータに基づいて選択される。清浄化操作の最適条件領域508とは、下地の誘電層が損傷を受けることなく基板が清浄化されるUV照射量と基板温度の点を表す実線516と破線520との間の領域のことである。破線520とグラフの底部によって囲まれる領域512は、基板が清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーを有するUV照射量と基板温度の点を表す。実線516とグラフの上部によって囲まれる領域504は、基板が清浄ではあるが下地の誘電層が損傷するか、又は、k値の変化が許容可能なkの変化の範囲を超えるUV照射量と基板温度の点を表す。傾向を示す点線の矢印522は、誘電層のk値が小さくなることで、領域504は拡張する−つまり清浄だが損傷した基板が得られる場合が増大する−ことを示している。傾向を示す実線の矢印528は、エッチング後ポリマーの厚さが増大すれば、清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーが得られる場合が増大することを示している。下地の誘電層が損傷するか、又は、k値の変化が許容可能なkの変化の範囲を超える図5の領域504は、図3の同様の領域304よりもはるかに大きいことに留意して欲しい。対照的に、下地の誘電層が損傷するか、又は、基板が清浄化プロセスによって除去されない残留ポリマーを有する領域は、図3の同様の領域312よりもはるかに小さいことに留意して欲しい。
【００１４】
図3、図4、及び図5は、清浄化操作の最適条件領域（308,408,及び508）は少なくとも、基板温度、前処理プロセスにおけるUV照射量、酸素分圧、全圧、及び使用されるプロセスガスに相関することを明らかにしている。下地の誘電層を損傷させるか、又は、不完全なポリマー清浄化を引き起こす操作変数の範囲は、これらの操作変数の変化と共に変化する。k値の変化は、基板応用のために選択される重要なパラメータである。k値は、消衰係数で、かつ、下地誘電層の入射電場の振動振幅の崩壊又は減衰に関連する。下地の誘電層の消衰係数k（k値）は、基板温度と使用される前処理プロセスガスの関数である。UV光が用いられない−つまり前処理プロセスが存在しない−とき、下地の誘電層のk値は、k値の変化を測定する基本値として用いられて良い。酸素分圧の関数である下地の誘電層のk値は、光学度量衡測定装置−たとえばリフレクトメータ又はエリプソメータ−によって測定されて良い。リフレクトメータ又はエリプソメータ測定から抽出されるk値の方法及び技法は当業者には周知である。基板の層のk値の変化は、基板温度、使用されるプロセスガス、酸素分圧、全プロセスガスの圧力、及びUV照射量と一緒に相関する。よってこれらの清浄化操作変数は、清浄化を実行し、かつ、k値の目標の許容可能な変化を満たすように制御される必要がある。
【００１５】
図6Aは、検査中での基板へのUV照射前の基板の典型的な側面像を示している。前記典型的な側面像は、エッチング後プロセス後であって、前処理UV照射プロセスと後続の湿式清浄化プロセスを含む二段階清浄化法前の繰り返し構造の側面像600である。繰り返し構造604は、幅608と高さ612によって評価される。図6Bは、前処理UV照射後の基板の典型的な側面像630を表している。狭い幅638と高い高さ642によって証明されるように、基板の層の清浄化が開始される。図6Cは、前処理UVプロセス及び後続の湿式清浄化プロセス完了後の基板の典型的な側面像660である。ポリマー及びレジスト層（図2の層204と208）の除去によって証明されているように、エッチング後の基板の清浄化は実質的に完了している。目標限界寸法−たとえば目標幅672及び目標高さ668−が実現される。
【００１６】
湿式清浄化プロセスだけを利用したのでは、ポリマーは調和した状態で完全に清浄化されないことは当技術分野において知られている。湿式清浄化プロセスと一緒にUV光を用いる前処理プロセスは、課題であるエッチング後ポリマーを除去する清浄化用化学物質の操作最適条件を増大させることがわかった。バックエンドでの残留物が、よりフッ化された残留物を含むので、湿式化学物質単独でこの残留物を除去するのはより困難になる。複数の技術上の傾向が、UV前処理の潜在的な価値を向上させる。第一に、有効率の増大に伴うk値の低下と膜の堆積及び硬化の変化が起こるので、前処理UV照射を利用することで、膜は清浄化用化学物質に対して敏感になる。具体的には、反応性イオンエッチング(RIE)では、超低誘電率(ULK)材料と有機残留物のスケーリングによるプロセスの発展は、エッチング後ポリマーの組成変化を生じさせる。前記エッチング後ポリマーの組成変化は、高価で時間のかかるエッチング後清浄化用化学物質の再配合を必要とする。この時間のかかる再配合は、本願に記載された二段階法を用いることによって回避され得る。本願発明者は、UV光とプロセスガスを用いた前処理プロセスが、ポリマーの100%清浄化を完全に実行し得ることを発見した。本発明では、下地の誘電層のk値の変化を抑制するか、又は、基板応用にとって許容可能な範囲内にk値の変化を保つため、前処理プロセスによる清浄化の割合は、意図的に100%未満に設定されている。前処理プロセスの目標は、ポリマー層を完全に除去することではなく、エッチング後ポリマーを化学的に改質することで、下地の誘電層への損傷を回避しながら、湿式清浄化プロセスによる除去を容易にすることである。前処理プロセスにおける2つ以上の操作変数の最適化によって、後続の湿式清浄化プロセスによる基板の清浄化をより調和した状態で完了することが可能となる。
【００１７】
図7は、本発明の実施例におけるUV光を用いた前処理プロセスと湿式清浄化プロセスを用いた基板の清浄化方法の典型的なフローチャートである。操作704では、清浄化システムの前処理システム用に1つ以上の前処理目標が選択される。前処理目標の例には、前処理の清浄化割合、前処理の第1プロセス期間、所有の合計費用、k値の変化等が含まれる。前処理の清浄化割合は50〜99%の範囲内であって良い。第1プロセス期間は120秒以下であって良い。k値の変化は0.2以下であって良い。操作708では、2つ以上の前処理目標を実現するため、2つ以上の前処理操作変数が選択及び最適化される。前記の選択された2つ以上の前処理操作変数は、UV照射量、基板温度、前処理の清浄化割合、酸素分圧、又は全プロセスガス圧力のうちの2つ以上を含んで良い。UV照射量は0.1〜20.0J/cm2の範囲内であって良い。酸素分圧は15〜159Torrであって良い。全プロセスガス圧力は80〜760Torrであって良い。基板温度は25〜150℃であって良い。下地の誘電層のk値は2.0〜2.6であって良い。
【００１８】
操作712では、清浄化される層及びk値を有する下地の誘電層を有する処理用の基板が供される。操作716では、前処理プロセスガスが、ガス供給システムを用いることによって、清浄化システムのプロセスチャンバ内の基板表面に供給される。プロセスガスは、酸素又は特定のオゾン対酸素比の酸素とオゾンを含んで良い。あるいはその代わりに、プロセスガスはフィルタリングされた空気又は清浄乾燥空気(CDA)であって良い。操作720では、プロセスガスがUV装置によって照射されることで、基板の前処理のためのラジカルが生成される。照射は前処理の第1プロセス期間中に完了する。UV装置は、1種類以上の波長とUV照射量を有する。操作724では、選択された2つ以上の前処理変数が、1つ以上の前処理目標を満足するため、前処理システム内での選択された2つ以上の度量衡測定を用いて制御される。操作728では、湿式清浄化プロセスが、湿式清浄化システムを用いることによって基板上で実行される。湿式清浄化システムは、様々な化学物質を用いて良い。前記様々な化学物質には、硫酸と過酸化水素(SPM)、オゾンが添加されたSPM(SPOM)、リン酸と蒸気、水酸化アンモニウムと過酸化水素、希釈フッ化水素酸(DHF)、蒸留水とオゾン、ジメチルスルホオキシドとモノエタノールアミン(DMSO/MEA)、又は他の湿式清浄化化学物質が含まれる。
【００１９】
図8は、本発明の実施例における選択された清浄化操作変数を用いることによって清浄化システムを制御する方法の典型的なフローチャートである。操作804では、1つ以上の前処理目標の値を計算するための測定が行われる。測定は、清浄化の進展、エッチング後のポリマー除去の割合、経過した第1プロセス期間、プロセスガスの組成、UV照射量、又は基板の回転速度をチェックするための前処理プロセス中での基板の上面像の取得を含んで良い。操作808では、1つ以上の前処理目標の計算値が、設定された1つ以上の前処理目標と比較される。1つ以上の前処理目標の値の計算は、k値の変化、前処理プロセスにおける清浄化の割合、又は、基板の見積もられた単位スループットに基づく所有のコストの計算を含んで良い。操作812では、1つ以上の目標が満足されない場合、1つ以上の前処理目標が満足されるまで2つ以上の選択された操作変数は調節される。たとえばUV照射量は、前処理プロセスにおける清浄化の割合を増減させるように調節されて良い。基板温度、酸素及び/若しくはオゾンの流量、又は、酸素及び/若しくはオゾンの分圧が、プロセスガス中での酸素ラジカル若しくは原子状酸素又は酸素に対するオゾンの比を増大させるように調節されて良い。第1プロセス期間は、k値を抑制するために短縮されて良いし、又は、高い清浄化の割合を保証するために延長されても良い。
【００２０】
図9は、清浄化システム902の典型的な概略図900である。清浄化システム902内では、UV源904が拡散板924上方に設けられ、拡散板924は、前処理プロセス中に185nmの波長の光を阻止し、かつ、他の波長の光を基板932へ照射することを可能にし、かつ、後続の湿式清浄化プロセス中にUV源904と該UV源904に係る装置を保護するように構成されている。プロセスガス912は酸素及び/又は窒素を含んで良い。あるいはその代わりに、プロセスガスは酸素及び/又は窒素及び/又はオゾンを含んで良い。他の実施例では、扇形フィルタユニット(FFU)空気又はCDA920が、前処理プロセス中にプロセスガスとしてプロセスチャンバ916内へ導入されて良い。湿式清浄化プロセス中、処理液体944が、供給装置936によってプロセスチャンバ916内に供給される。処理液体944とプロセスガス912又は920は、排出ユニット940,928を介して除去される。基板清浄化システム用のシステムハードウエアは単純化される。なぜなら外部からの酸素又は酸素ガスを含むオゾンをUVチャンバへ供給する必要がないからである。標準状態の空気による処理は、前処理が機能するのに十分なオゾンと酸素原子を生成し得ることを示した。酸素又はオゾンを保有するガスラインを供給することでコストは増大する。関連するハードウエア設計の安全上の要件があるためである。本願発明者は、顕著に短いUV曝露時間が、UVとプロセスガスを用いた前処理プロセスとそれに続く湿式清浄化プロセスとを組み合わせることによって実現され得ることを発見した。さらに本願発明者はまた、湿式清浄化プロセス期間を短縮できた。しかもその場プロセスガスの生成によって、基板清浄化システムの設計において採用されるUV源の個数は減少する。たとえば図9のすべてのUVハードウエアは、基板の清浄化に直接的に寄与し、最終的には原子状酸素の生成に寄与する。
【００２１】
図9を参照すると、本発明の実施例は、254nmのみが照射されている間に基板プロセスチャンバへ供給される、真空UV(VUV)源(<200nm)、コロナ放電、又は200nm未満の波長を有するUV源のいずれかによって生成されたオゾンの間接源を含む。オゾンによる放射線の吸収は、損傷を起こさない基板の清浄化を可能にする基板表面での酸素原子の生成を引き起こす。あるいはその代わりに他の実施例では、基板にはオゾンが発生させるUVが照射される。ここでは185nm吸収フィルタが基板の間に設けられる。前記基板は、185nmの直接及び間接照射を防止するが、拡散板によってオゾンが基板表面へ到達することを可能にする幾何学構造を備える。プロセスガスの質量移行は、200nm未満の波長を吸収するガス拡散板全体に酸素が充填された雰囲気を流すことによって改善され得る。
【００２２】
図10は、清浄化システムの操作変数を最適化することで清浄化の目標を満足するための制御装置1090の利用を表す清浄化システム1004の典型的な概略図1000である。清浄化システム1004は2つ以上の光学度量衡装置1008を用いて良い。発光分光分析(OES)装置1070は、処理領域1050からの発光を測定するため、ある位置でプロセスチャンバ1010に結合されて良い。それに加えて、他の組の光学度量衡装置1060が、プロセスチャンバ1010上部に設けられて良い。4つの光学度量衡装置1060が図示されているが、光学度量衡装置の多くの他の代替型及び異なる構成が、複数の光学度量衡装置を用いた設計目標を実装するように設置されて良い。4つの光学度量衡装置は、分光学上の反射装置及び/又は緩衝装置であって良い。2つ以上の光学度量衡装置−たとえばOES装置1070及び光学度量衡装置1060の組−からの測定結果は、度量衡処理装置（図示されていない）へ送られる。度量衡処理装置では、1つ以上の限界寸法値が抽出される。測定は、1つ以上の光学度量衡装置OES1070及び/又は光学度量衡装置の組1060及び1つ以上のエッチングセンサ装置1064,1068によって実行されて良い。
【００２３】
前述したように、たとえばプロセスセンサ装置は、残留物が残っている割合の測定又は残留物の割合に対して実質的に相関する清浄化操作変数の測定を行う残留物センサ装置1064であって良い。他のプロセスセンサ装置は、酸素分圧又は酸素のオゾンの分圧又はプロセスガスの全圧を測定する装置を含んで良い。少なくとも1つ以上のプロセスセンサ装置の選択は、プロセスデータ、度量衡データ（回折信号）、及びプロセス性能データからなる組を用いた多変量解析を用いることでこれら同士の関係を特定することによって実行されて良い。2つ以上の光学度量衡装置−たとえば光学度量衡装置OES1070及び光学度量衡装置の組1060−からの測定結果並びにセンサ装置1064及び/又は1068からの測定結果は、操作変数の値が抽出される度量衡プロセッサ（図示されていない）へ送られる。
【００２４】
さらに図10を参照すると、清浄化システム1004は、複数の光学度量衡装置1060、光学発光分光(OES)装置1070、及び1つ以上のエッチングセンサ装置1064と1068を有する2つ以上の光学度量衡測定装置1009内の制御装置と結合する制御装置1090を有する。1つ以上の化学モニタ1092は、プロセスガスが設定された範囲内であることを保証するため、プロセスチャンバに結合されて良い。他の制御装置1094は、制御装置1090と結合する運動制御システム1020内に含まれ、かつ、単一の基板装置用の運動制御システムの回転の第1速度と第2速度を調節し得る。制御装置1090は、清浄化操作変数の最適化及び1つ以上の前処理目標の実現のため、イントラネットに接続されるか、又は、インターネットを介して他の制御装置に接続されて良い。
【００２５】
たとえ本発明のある典型的実施例のみが詳細に説明されたとしても、当業者は、本発明の新規な教示及び利点からほとんど逸脱することなく、多くの修正型が可能であることをすぐに理解する。たとえば一の典型的なプロセス流が基板の清浄化のために供されるとしても、他のプロセス流も考えられる。また上述したように、本発明の清浄化方法及びシステムはFEOL又はBEOL製造クラスタ内で用いられて良い。従ってすべての係る修正型は、本発明の技術的範囲内に含まれるものと解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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