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TW201440906A - 使用噴嘴清洗基板上之一層的控制 - Google Patents

使用噴嘴清洗基板上之一層的控制 Download PDF

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TW201440906A
TW201440906A TW102143291A TW102143291A TW201440906A TW 201440906 A TW201440906 A TW 201440906A TW 102143291 A TW102143291 A TW 102143291A TW 102143291 A TW102143291 A TW 102143291A TW 201440906 A TW201440906 A TW 201440906A
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cleaning system
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意恩Ｊ 布朗
華勒斯Ｐ 普林茲
班Ｍ 盧斯薩克
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東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明係一種清洗離子植入型光阻層或灰化製程後之基板的方法。產生一工作週期，該工作週期用於利用二個以上噴嘴開啟及關閉處理液流量。將基板曝露至處理液，該處理液包含第一處理化學品，第一處理化學品帶有第一膜厚度、溫度、總流率、及第一成分。當控制選定的複數個清洗操作變數時，同時將一部份的基板表面以UV光照射，以達成二個以上的清洗目的。將包含第一溫度、第一成分、第一膜厚度、UV波長、UV功率、第一製程時間、第一轉動速度、工作週期、及殘餘物移除百分比其中二者以上之清洗操作變數最佳化，以達成二個以上的清洗目的。

Description

使用噴嘴清洗基板上之一層的控制
根據專利法，本申請案主張於西元2012年11月27日提申的待審美國專利暫時申請案第61730479號的優先權，該專利申請案的名稱為”CONTROLLING CLEANING OF A LAYER ON A SUBSTRATE USING NOZZLES”，其內容於此藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分。
本申請案實質上與半導體處理相關，且特別係關於基板上的清洗製程，該清洗製程採用將基板浸入第一處理化學品中且同時以紫外(UV)光照射基板的第一步驟，以及採用使用第二處理化學品的溼式清洗製程之第二步驟。
在半導體處理中，為了對於所期望材料的移除效率、製程時間、及對基板上其他材料的選擇性最佳化清洗製程，控制活性化學物種的產生和生命期係相當重要的。在水溶液和電漿化學中，自由基的產生係一種相當方便的方法來產生用於移除材料的高反應性及目標物種。藉由混合兩個以上的化學品(如：混合硫酸和過氧化氫以形成羥基自由基)，或藉由施加能量(如：光、熱、電力/磁力、電化學、或機械能量)，將自由基產生。因為在光阻上的植入製程期間會形成一硬外殼層，所以移除離子植入型光阻係一難題。當使用一定範圍的劑量及能量將離子植入於光阻上時，則須使用電漿灰化步驟移除這些硬外殼層。有二種已知的方法係用於移除1e15atoms/cm2等級以上的離子植入型光阻。第一種方法係一種二步驟的製程，該二步驟的製程係使用氧化/還原電漿灰化及120-140℃的硫酸和過氧化物混合液(SPM)溼式製程，以移除殘餘有機物。使用此二步驟製程的難題為 矽基板的氧化，因而導致摻雜物於後續的溼式清洗中損失。第二種方法係使用SPM化學品的全溼式移除方法。
使用全溼式製程移除或溼式工作台(wet bench)的難題係須加熱SPM至接近250℃的溫度，以在實用於製造的移除速率達成所期望的光阻移除效能。溼式工作台一般以上至140℃的SPM溫度操作。為了達到250℃的SPM溫度，需要單次通過單一基板的製程工具。然而，隨著時間的推移，因為必須保持過氧化氫的清洗活性而連續性地補充過氧化氫，使得硫酸被稀釋，所以SPM會失去其活性。關於SPM，在SPM中超過100wt%總酸含量的情況下會達成最佳的清洗效能。低於80wt%總酸含量的SPM具有相當不佳的清洗效能，且因此往往使用新一批108-96wt%的硫酸。存在方法從再循環的SPM中移除過多的水，或使用電解的硫酸去延長硫酸的使用壽命。該二者方法顯著地增加光阻剝離製程的複雜度、資本成本、及操作成本。相似的考量也適用於灰化製成後的基板清洗。
較新的方法包含使用一種二步驟製程的清洗技術，該二步驟製程先使用過氧化氫及紫外(UV)光，接著為溼式剝離製程。由Raghaven等人(Raghaven)提出且在西元2010年12月29日申請的美國專利公開第2012/0052687號，發明名稱為”Use of Catalyzed Hydrogen Peroxide(CHP)Chemical System for Stripping of Implanted State-of-the-Art UV Resists”係一種如此的技術，其中經催化的過氧化物溶液係與UV光一同使用，以破壞植入型光阻的外殼，且隨後在溼蝕刻製程中使用硫酸與過氧化物混合液(SPM)移除下層的光阻。此技術的效果受限於經催化之過氧化氫之特定範圍的濃度、處理液的溫度、及基板的轉動速度。
由Brown,I J提出，且在西元2012年11月6日申請的美國申請案第13/670,381號，專利名稱為”METHOD OF STRIPPING PHOTORESIST ON A SINGLE SUBSTRATE SYSTEM”包含另一種技術。Brown引進複數個操作變數，該等操作變數由UV波長、UV功率、第一轉動速度、第一流率、第二製程時間、第二轉動速度、殘餘物移除百分比、及分配溫度所組成。額外的操作變數提供一些彈性以控制清洗製程，但在加工環境中使用該製程時，仍會發生部份的問題。該等問題包含：(a)較大尺寸基板的轉動需要新的和較強的馬達及相關的外殼，(b)涉及基板開 始及停止轉動的時間限制會隨著尺寸和速度的增加而增加，(c)執行殘餘物軟化所需時間會隨著至少二個以上的操作變數而變化(例如：第一化學品膜的厚度、基板的轉動速度、及對UV光的曝露時間、第一化學品的濃度、與UV光的強度)。相對於基板的噴嘴位置及第一化學品的流率也會影響基板的清洗。當在量產環境中執行清洗製程時，為使基板的單一基板清洗係經濟可行的，則需處理這些問題以及操作上的困難。
除了擴大剝離離子植入型光阻或清洗或執行灰化後清洗之製程窗口(process window)外，需要一種清洗方法和系統，使單一基板製程工具就擁有成本與較高的可靠性而言更有競爭性。為了開發出一套用於處理上述問題及操作困難的製程順序，且達成生產用單一基板清洗方法和系統之二個以上的清洗目的，則須確定關鍵的操作變數，且須決定該關鍵的操作變數範圍。
本發明係一種清洗離子植入型光阻層或灰化製程後之基板的方法。產生一工作週期，該工作週期係用以在二個以上的噴嘴中開啟及關閉處理液流量。將基板曝露至該處理液，該處理液包含第一處理化學品，第一處理化學品帶有第一膜厚度、溫度、總流率、及第一成分。當控制選定的複數個清洗操作變數時，將一部份的基板表面同時以UV光照射，以達成二個以上的清洗目的。清洗操作變數包含第一溫度、第一成分、第一膜厚度、UV波長、UV功率、第一製程時間、第一轉動速度、工作週期、以及殘餘物的移除百分比其二者以上。將該二個以上清洗操作變數最佳化，以達成兩個以上的清洗目的，該等清洗目的可以包括：(1)最高的清洗完成率，及(2)處理液的最小膜厚度。
104‧‧‧結構
108‧‧‧外殼
100/200/300/1000/1300‧‧‧架構圖
112‧‧‧離子
116‧‧‧鄰接結構
120/124/344‧‧‧點
150/800‧‧‧曲線圖
154/158/816‧‧‧曲線
204‧‧‧燈
208‧‧‧分配噴嘴
212‧‧‧溶液
128/220/320/608/648/684/722/932‧‧‧基板
216‧‧‧光阻層
304‧‧‧UV光
308‧‧‧UV燈
312‧‧‧噴嘴
316‧‧‧H2O2
334‧‧‧SPM
338‧‧‧再循環系統
404‧‧‧虛線
450‧‧‧側視圖
454‧‧‧聚合物膜
458‧‧‧白虛線
462‧‧‧光阻
466‧‧‧基材
400/500/550/600/640/680‧‧‧頂視圖
604‧‧‧分割線
700/900‧‧‧示意圖
712‧‧‧UV能量
716‧‧‧液膜厚度
726‧‧‧基板表面
708‧‧‧分配
730‧‧‧基板中心
804/808/812/820‧‧‧點
902‧‧‧清洗系統
904‧‧‧UV源
912‧‧‧製程氣體
920‧‧‧氣體
924‧‧‧擴散板
916‧‧‧製程腔室
944‧‧‧處理液
936‧‧‧輸送裝置
940/928‧‧‧排出單元
1012/1022‧‧‧旋轉腔室
1004/1018‧‧‧rSPM處理腔室
1008/1014‧‧‧UVP腔室
1100/1200‧‧‧流程圖
1104/1108/1112/1116/1120/1124/1128/1132/1204/1208/1212‧‧‧操作
1304‧‧‧清潔系統
1308/1360‧‧‧光學測量裝置
1310‧‧‧處理腔室
1315‧‧‧處理區域
1320‧‧‧運動控制系統
1364/1368‧‧‧感測裝置
1370‧‧‧光放射光譜裝置
1390‧‧‧控制器
1392‧‧‧化學監視器
1394‧‧‧次控制器
圖1A描述具有外殼的結構之輪廓的示例性先前技術架構圖，該外殼融合至基板表面且接近邊珠地區(edge bead region)。
圖1B描述隨著光阻溫度與碳化層溫度變化之相對剝離率的示例性先前技術曲線圖，其參考於西元2006年5月4日，Butterbaugh於FSI International,Surface Preparation and Cleaning Conference,Austin,Texas，所介紹的”ASH-FREE,WET STRIPPING OF HEAVILY IMPLANTED PHOTORESIST”。
圖2描述用於剝離離子植入型光阻層之UV過氧化物製程之第一步驟的單一基板實現方式之示例性先前技術架構圖。
圖3描述本發明示例性實施例中之二步驟的UV過氧化物(UVP)以及硫酸與過氧化物混合物(SPM)製程的示例性架構圖。
圖4A描述清洗前之基板區域的示例性頂視圖，且圖4B描述清洗前之一部份基板的示例性側視圖；圖5A描述清洗前之基板區域的另一示例性頂視圖，且圖5B為經清洗之基板的另一示例性頂視圖；圖6A描述清洗前之基板區域的另一示例性頂示圖，且圖6B係經部分清洗之基板的示例性頂示圖；與圖6C係經100%清洗之基板的另一示例性頂視圖；圖7係隨著基板上之處理液液膜厚度變化的UV光吸光度差異之示例性示意圖。
圖8係隨著過氧化氫重量百分比濃度變化之羥基自由基生成曲線的示例性曲線圖；圖9係本發明實施例中之清洗系統的示例性示意圖；圖10係本發明實施例中之rSPM堆疊、及UVP堆疊、以及UVP和rSPM之堆疊的示例性示意圖；圖11係本發明實施例之示例性方法流程圖；以及圖12係調整一個以上之處理操作變數以達成本發明二個以上目的之示例性流程圖。
圖13係本發明實施例中之使用光學和製程量測工具的單一基板光阻處理系統之示例性架構圖。
圖1A描繪示例性先前技術的輪廓架構圖100，其中一結構具有與基板108之中的一結構104的表面(點124)融合的一外殼108，且 一鄰接結構116不具有融合至表面(點120)的外殼。於先前製程中所使用的高劑量離子112可以促使會使清洗變困難之外殼108的成長。外殼108可以形成在基板128中之結構104的表面(點124)處，或可以接近基板128的邊珠區域(圖未顯示)。光阻剝離效能取決於離子植入的劑量及能量。光阻剝離效能的有效性將與以下討論的光阻移除百分比範圍、製程速度、及擁有成本相關。圖1B係示例性先前技術架構曲線圖150，描述隨著光阻溫度變化的相對剝離率，對比於隨著碳化層(如圖1A中的外殼108)溫度變化的相對剝離率。與在340℃下小於0.20相對剝離率之碳化層的相對剝離率曲線158相比，光阻之相對剝離率曲線154，其隨溫度由100℃上升到350℃而結束在1.00之相對剝離率，具有較大的向上斜率。此外，與剝離碳化層的能量(Ea=2.60ev)相比(該碳化層具有低得多的相對剝離率)，剝離光阻的能量係少得多的(Ea=0.17ev)。
圖2描繪用於剝離離子植入型光阻層之UV過氧化物製程的第一步驟的單一基板實現方式的示例性先前技術架構圖200。分配噴嘴208係用於分配過氧化氫溶液212至轉動的基板220上，其中基板220具有離子植入型光阻層216，且基板220沉浸在過氧化氫溶液212中。同時，UV燈204將照射對準在過氧化氫溶液212上。第二步驟包含硫酸與過氧化物混合物之使用，以進一步地移除未能在第一步驟中移除的剩餘光阻層216。現今技術之清洗技術一般使用254nm的UV燈、25至60℃的1至30wt%的過氧化氫溶液212、及具有硫酸對過氧化氫比例2：1的SPM。現今技術最高的光阻剝離效能，係在第一步驟中使用5wt%的過氧化氫溶液，且共使用15分鐘完成第一和第二步驟而加以取得。
圖3描述本發明示例性實施例中之二步驟的UV過氧化物(UVP)及硫酸過氧化物混合物(SPM)製程的示例性架構圖300。在步驟1中(第一步驟)，將具有光阻層的基板320放置在處理腔室中(圖未顯示)，於300至12,000rpm第一轉動速度下轉動的基板，浸入來自一個以上噴嘴312的10wt% H2O2(316)中。浸沒的基板320同時以一個以上的UV燈308加以照射，其中於此產生的UV光304為254nm。在步驟2中(第二步驟)，使用噴嘴338去分配具有硫酸對過氧化氫比約20：1的SPM 334，其中在約150℃下將SPM334分配至基板320上，且該基板320係於300至1,000rpm 的第二轉動速度中。SPM334可以選用性地使用循環系統338加以再循環，其中可以導入新的過氧化氫，以維持在點344處之硫酸對過氧化氫的目標比。
圖4A描述在清洗前之基板區域的示例性頂視圖400，且圖4B描述在清洗前之基板一部份的示例性側視圖450。圖4A顯示以白色虛線404中所圈起且在光柵的線與間隙之間的欲清洗殘餘物。圖4B中，側視圖顯示在光阻462上的一層基材466，且在另一部份的基板中顯示一聚合物膜454。在聚合物膜454、及該層基材466與光阻462之間，在白虛線458圈起的區域中也可觀察到殘餘物。清洗系統的目的係為了清洗基板的殘餘物以及光阻462。
圖5A描述在清洗前之基板區域的另一示例性頂視圖500，該圖將殘餘物顯示為白色虛線中所圈起區域中的白線，且圖5B係經清洗之基板的另一示例性頂視圖550，該圖並未顯示任何殘餘物的存在。如上述，本發明係用於執行二步驟的清洗操作，其中將操作變數同時地最佳化，以識別出用於半導體應用的關鍵操作變數以及該關鍵操作變數的範圍。
圖6A描述在清洗前之基板區域的另一示例性頂視圖600，且圖6B係經部份清洗之基板的另一示例性頂視圖640；以及圖6C係經100%清洗之基板的又另一示例性頂視圖680。在圖6A中，可以看見在清洗製程前的殘餘物為在基板608中的白色的分割線604，且該基板608包含基板608上的一結構的線與間隙。圖6B描述在清洗的第一步驟之後帶有一些基板中之剩餘殘餘物的基板648，如：白點橢圓形內的殘餘物，該第一步驟使用第一化學品且同時曝露至UV光的清洗。圖6C描述在清洗製程的第一步驟和第二步驟之後基板684之示例性頂視圖680，該第一步驟使用第一化學品且同時曝露至UV光，該第二步驟使用第二化學品。
圖7係隨著在基板722上之處理液(H2O2)膜厚度變化的的UV光吸光度差異之示例性示意圖700。該示意圖700顯示，在靠近基板722之表面接近處理液膜底部的下基準面(BL,base level)處及該處理液膜的頂部處，處理液(過氧化氫，H2O2)的UV光吸光度圖形。H2O2的UV光吸光度等於：A= l c，其中 係莫耳吸光度=f(λUV)(L/mol cm)，l=液膜厚度(cm)=f(ω,Q,r)，及c=H2O2濃度(mol/L)。最小化l(716)允許較多的UV光到達基板表面726。基板表面726處之UV光吸光度等於：A= lBL c，其中係莫耳吸收度=f(λUV)(L/mol cm)，lBL=質量傳輸邊界層厚度(cm)=f(ω,Q,r)，及c=H2O2濃度(mol/L)。
過氧化物在基板722中心730附近分配708，該基板722以單位為rad/s的轉動速度ω轉動；Q係以L/min為單位的處理液流率，λUV係如使用UV源的波長，r係UV光到達基板表面726的徑向距離。如上述，最小化液膜厚度促使較高強度的UV能量712到達基板表面726，而產生更多的羥基自由基，因此增加了用以增加清洗效果的清洗第一步驟的清洗功效，且對使用第二化學品之清洗的第二步驟在基板表面726處備製硬化的殘餘物外殼。
圖8係隨著過氧化氫(H2O2)重量百分比濃度變化之羥基自由基生成曲線的示例性曲線圖800。曲線816顯示OH自由基的產生(其以atoms/cm2為單位)在約1wt% H2O2以1.7E+09atoms/cm2速率(點804)開始，且上升至在約4.8wt%H2O2的最大值2.6E+09atoms/cm2(點808)，接著降至在約9.0wt% H2O2的約1.5E+09atoms/cm2(點812)，且最後接近直線前進朝著20wt% H2O2的標度終點(點820)下降。羥基自由基原子的期望濃度需與用於清洗製程之選定的二個以上的清洗變數一同最佳化。
圖9係清洗系統902的示例性示意圖900。在該系統中，將UV源904設置在擴散板924之上，該擴散板924於預處理製程期間係用於阻擋185nm波長的光去照射基板932，且於隨後的溼式清洗製程期間用於保護UV源904及相關的裝置。製程氣體912可以包含氧及/或氮。或者，製程氣體可以包含氧及/或氮及/或臭氧。在另一實施例中，可將風扇過濾器單元(fan filter unit，FFU)氣體，或CDA 920作為製程氣體在預處理製程期間導入製程腔室916中。在溼式清洗製程期間，輸送至製程腔室916的處理 液944藉由輸送裝置936輸送至基板932上，其中處理液944、及製程氣體912或920會經由排出單元940、928加以移除。因為並無將外部氧氣、或包含氧氣的臭氧供應到UV腔室中的需求，所以可簡單化基板清洗系統的系統硬體。使用標準空氣的處理已顯示產生足夠用於預處理製程運作的臭氧及氧原子的能力。因為相關硬體設計安全性的要求，所以供給會通過氣體管線的氧氣或臭氧會增加工具成本。本案發明人發現顯著較短的UV曝露時間可以藉由使用UV及製程氣體的組合型預處理製程且接著進行溼式清洗製程而加以實現。此外，本案發明人也能縮短溼式清洗製程的時間。再者，原位製程氣體的產生也降低了應用在基板清洗系統設計中的UV源數量。例如：圖9中之全部的UV硬體直接地貢獻於基板的清洗，且最終貢獻於原子氧的產生。
參照圖9，本發明的實施例包含一種間接臭氧源，在以僅254nm的輻射照射下之時饋入基板處理腔室，該間接臭氧源係由真空UV(VUV)源(<200nm)、電暈放電、或具有低於200nm波長的UV源任一者所產生。經由臭氧的輻射吸收，引發了氧原子在基板表面處形成，氧原子可促成基板無損害的清洗。或者是，在另一實施例中，以臭氧發射UV照射基板，其中防止185nm之直接和非直接照射但卻允許臭氧到達基板表面的擴散途徑的幾何形狀，將185nm的吸收過濾器放置於基板及UV源904之間。可以藉由將充滿氧的大氣流動經過<200nm波長的吸收氣體擴散板來加強製程氣體的質量輸送。
圖10係本發明的專用旋轉腔室1012堆疊的實施例、及多合一旋轉腔室1022實施例的示例性架構圖1000。專用的旋轉腔室1012可以係UV-過氧化物(UV-peroxide，UVP)腔室1008的一個以上堆疊，其中將基板(未顯示)載入，浸入過氧化氫溶液且同時在基板的第一轉動速度下以一個以上的UV光裝置加以照射一第一製程時間。除了過氧化氫外，也可以使用的其他的氧化劑。將基板(圖未顯示)從UVP腔室1008中卸載，且裝載至再循環SPM(rSPM)處理腔室1004中，其中在基板的第二轉動速度下在一段第二製程時間以SPM處理光阻。在另一實施例中，多合一旋轉腔室1022可以為處理腔室的一個以上堆疊，各處理腔室更包含一UVP腔室1014及一rSPM腔室1018。在一實施例中，UVP腔室1014以及rSPM腔室1018可以 為具有用於分配過氧化氫溶液及/或SPM之一個以上的噴嘴的單一處理腔室。此外，可以使用不同的噴嘴分配過氧化氫溶液及SPM。在其他的實施例中，也可以使用硫酸以外的酸、以及過氧化氫以外的氧化劑。
圖11係本發明實施例之示例性方法的流程圖1100。在操作1104中，將一基板設置在一清洗系統中，該清洗系統包含一處理腔室及一處理液輸送系統。該基板之清洗可係離子植入型光阻的蝕刻後剝離、或清洗、或執行灰化後清洗。並且，該基板之清洗製程包含用於執行一標準清洗1(SC1)、一標準清洗2(SC2)、水清洗、或溶劑清洗之方法，且/或其中所執行的基板清洗製程包含一種處理液，該處理液包含氫氟酸(HF)、經稀釋的HF、或經緩衝的HF；或該基板的清洗製程包含一種處理液，該處理液包含去離子水、異丙醇、去離子水與臭氧、沖洗流體、硫酸過氧化物混合物(SPM)、硫酸過氧化物與臭氧的混合物(SOM)、磷酸、或磷酸與蒸氣的混合物。在一實施例中，處理液係硫酸過氧化物的混合物(SPM)，或硫酸過氧化物與臭氧的混合物(SOM)，且該基板的清洗製程係光阻的剝離。以上所述之清洗製程的化學品對熟習此技藝者而言係已知的。
SPM的流率可以係每分鐘2公升以下，選定的兩個以上之分配裝置可以包含5個噴嘴，其中包括：一中央噴嘴及四個附加噴嘴，其以直線型式排列，且基板可以係200至450mm。該選定的二個以上分配裝置可以具有不同尺寸的分配寬度。在一實施例中，將該選定的二個以上分配裝置根據一種選定的式樣放置於基板上方，該選定的式樣包含從基板表面至分配裝置間的高度，及該選定的二個以上分配裝置的中央分配裝置及每個附加分配裝置之間的距離。在另一實施例中，該選定的二個以上分配裝置可以包含：一中央噴嘴；以及一個以上的附加噴嘴，該附加噴嘴配置在從中央噴嘴朝向基板邊緣的選定距離處，且該中央噴嘴設定成具有低於該一個以上附加噴嘴中之任一者流率的流率。噴嘴的分配寬度需要足夠的尺寸，以當期望連續性的流量時，允許以分配裝置選定的流率來連續性地分配處理液。在又另一實施例中，也可以使用噴霧式噴嘴。氮氣或空氣可以和處理液混合而使用在噴霧式噴嘴中以便散開，且使整個基板上的過氧化物膜變得更薄，以增加羥基自由基的產生。
譬如：可以將第一輸送裝置噴嘴設定成會支撐15至 550mL/min、15mL/min、或小於15mL/min之範圍中的處理液流速。於又另一選擇和佈置的實施例中，可以將包含數個噴嘴的選定的二個以上分配裝置連接至單一供應線路，且工作週期(duty cycle)需要由中央噴嘴朝著接近基板邊緣的噴嘴以及由接近基板邊緣的噴嘴朝著中央噴嘴依序地開啟及關閉。在又另一實施例中，該選定的二個以上分配裝置的每一者可以獨立地連接至一供應線路，及可以獨立地開啟和關閉；及/或其中該選定的二個以上分配裝置係以一種直線型式、交叉型式、3射線星形型式組態加以配置；及/或其中該選定的二個以上分配裝置可以獨立地開啟和關閉。
在操作1108中，選擇兩個以上的清洗目的。該二個以上清洗目的可以包含以下至少兩者：(1)目標第一製程時間，(2)目標第一轉動速度，(3)目標總製程時間，(4)第一化學品(例如：在SPM組合中的過氧化氫，等等)的目標液膜厚度。因為較多的UV會被第一化學品吸收掉，故第一化學品的較薄膜可以提供改進的效能。在UV過氧化物實施例中，當UV被吸收掉時，會產生二個羥基自由基。羥基自由基與離子植入外殼反應，且於隨後的SPM步驟中能夠較容易的移除。在一實施例中，清洗目的可以係200rpm以下的目標第一轉動速度、20wt%的過氧化氫、以及3分鐘以下的目標第一製程時間。
在操作1112中，選擇為達成該二個以上之清洗目的而加以最佳化的二個以上清洗操作變數。於操作1116中，將基板表面曝露至包含第一處理化學品的處理液(第一處理化學品帶有第一膜厚度、第一溫度、第一總流率、以及第一成分)，且同時以UV光照射基板表面的一部分，該UV光具有一波長及一UV能量，將照射步驟操作性地設定成在第一製程時間中完成，該照射步驟係當基板在第一轉動速度中時執行。也可以選擇涉及第二製程化學品之第二步驟的對應清洗操作變數。譬如：在一實施例中，第二製程化學品可以為在170℃的SPM，第二製程時間係60秒以下，硫酸對25℃的過氧化氫混合比為20：1。在一實施例中，控制第一化學品(例如：過氧化氫)之pH值的添加劑以延長或縮短所產生的羥基自由基之生命期。為達成低pH值，可使用鹽酸，但也可以使用如氰氟酸(HF)或硝酸(HNO3)的其他的酸。為達成高pH值，也可使用四甲基氫氧化銨(TMAH)、或氫氧化銨(NH4OH)，以增加pH值到10以上。
於操作1116中，將基板曝露至第二處理液，該第二處理化學品具有第二溫度、第二流率、第二成分、第二製程時間、及第二轉動速度。於操作1120中，控制選定的複數個清洗操作變數，以達成二個以上的清洗目的。於操作1124中，選擇性地再循環第一和第二處理化學品，以減少處理液的使用。於操作1128中，如未達成該二個以上清洗目的，則調整一個以上的清洗操作變數，以達成該二個以上清洗目的。
圖12係調整一個以上之處理操作變數以達成本發明二個以上目的之示例性流程圖1200。在操作1204中，獲得用於計算二個以上清洗目的值的測量結果。如於以下討論，使用光學量測裝置(例如用以取得基板表面上方處理液膜厚度的反射計或干涉計)及/或製程量測裝置，以獲得其他的測量結果。在操作1208中，比較該二個以上清洗目的的計算值與該選定的二個以上清洗目的。在操作1212中，如未達成該二個以上清洗目的，則調整二個以上清洗操作變數以及重複操作1204至1212，直到達成該二個以上清洗目的為止。本案發明人發現將基板轉動速度增加到超過6,000rpm會顯著地在SPM的應用中隨後的溼式清洗步驟改善清洗效能。隨著轉動速度增加及基板尺寸增加，有些操作問題會出現。當轉動降低時，藉由使用噴霧式噴嘴及/或pH添加劑將處理液膜厚度保持於低的狀態。循環開關週期(on and off cycle)，以及噴嘴的佈置也提供改良，且可以在流動中產生不需要的粒子。中央及附加噴嘴的流速調整也提供漸進式的改變。本案發明人斷定，為了發展出一套用於達成選擇用於半導體應用的二個以上的清洗目的之製程順序，將選定的清洗操作變數同時地最佳化係必須的，以識別出關鍵的操作變數，及識別出需加以決定的這些關鍵操作變數範圍。
圖13係清洗系統1304的示例性架構圖1300，描述控制器1390之使用，以最佳化清洗系統1304的操作變數以達成一個以上之預處理目的。控制器1390包含用於儲存和存取清洗製程配方的儲存器和記憶裝置，且清洗製程包含光阻的剝離；蝕刻後清洗；涉及氧化物、氮化物、或金屬的膜蝕刻；微粒的移除；金屬的移除；有機材料的移除；或光阻的顯影。此外，控制器包含用於儲存及存取二個以上清洗目的之儲存器，其中該二個以上清洗目的更包含：製程完成百分比與每單位產量成本；或製程完成百分比與每單位產量的擁有成本；或總清洗時間。
控制器1390可以包含電腦的功能，該電腦功能係(a)用於獲得計量測量結果及/或製程的測量結果，這些測量結果係用於計算選定的一個以上清洗目的的值，(b)如未達成一個以上的清洗目的，則用於調整製程操作變數，直到達成一個以上的清洗目的為止，該製程操作變數包含調整選定的二個以上分配裝置的流率、基板的轉動速度、該選定的二個以上分配裝置每一者的工作週期。此外，控制器1390也包含邏輯電路或電腦程式碼，以同時地最佳化選定流率、分配流量形式、分配裝置的位置、分配的高度、及用以開啟或關閉該選定的二個以上分配裝置每一者的工作週期、用於配置該選定的二個以上分配裝置之圖案、及基板轉動速度。將由最佳化測試所獲得的操作數據整合至程序中，且基板清洗製程和清洗操作變數之組合的配方載入控制器1390。將清洗系統設定成運作在使用量測回饋的在線模式，或運作在不需要連續性的量測回饋而使用程序及配方的離線模式。
清洗系統1304可以使用二個以上的光學量測裝置1308。光放射光譜(OES)裝置1370可以於一位置連接至處理腔室1310，以測量來自處理區域1315之光放射。此外，可以將另一组光學量測裝置1360配置在處理腔室1310之上。雖然顯示出四個光學量測裝置，但也可配置許多其他替代的和不同組態的光學量測裝置，以使用複數個光學量測裝置實現設計目的。該四個光學量測裝置可以係光譜反射量測裝置(spectroscopic reflectometric device)及/或干涉量測裝置(interferometric device)。將由該二個以上光學量測裝置(例如：OES裝置1370及該组光學量測裝置1360)得來的測量結果傳輸至量測處理器(圖未顯示)，且由該處理器取得一個以上之關鍵尺寸值。測量可以使用一個以上的光學量測裝置OES1370及/或該组光學量測裝置1360以及一個以上的蝕刻感測裝置1364、及1368加以執行。
如以上所述，舉例來說，製程感測裝置可以係殘餘物感測裝置1364，該殘餘物感應裝置測量剩餘殘餘物的百分比，或測量與殘餘物移除百分比實質相關的清洗操作變數。另一種製程感測裝置可以包含一種測量氧分壓、氧和臭氧分壓、或製程氣體總壓的裝置。可以使用多變數分析完成至少一個以上製程感應裝置的選擇，多變數分析使用複數組的製程數據、量測數據(繞射信號)、及製程效能數據，以辨別這些數據的相互關係。 將由該二個以上光學量測裝置(例如：OES裝置1370以及該組光學量測裝置1360)得來的測量結果，以及由感測裝置1364及/或1368得來的測量結果傳輸至一量測處理器(圖未顯示)，且在該量測處理器取得操作變數值。另一種製程感測裝置係一溫度量測裝置，其用於測量沿著徑向線的處理液溫度，以決定由基板中央至邊緣之處理液的溫度梯度。該控制器可以比較經測量的溫度梯度與應用的設定溫度梯度，且調整一個以上的清洗操作變數，以使溫度在可接受的範圍。
仍然參照圖13。清洗系統1304包含一控制器1390，該控制器連接至在二個以上光學量測裝置1308中的複數個次控制器，該等光學量測裝置包含複數個光學量測裝置1360、光放射光譜(OES)裝置1370、及一個以上的蝕刻感測裝置1364及1368。一個以上的化學監視器1392可以連接至處理腔室，以確保製程氣體於設定的範圍中。另一次控制器1394可以包含在運動控制系統1320中，其連接至控制器1390，且控制器1394可以調整用於單一基板工具之運動控制系統的第一和第二轉動速度。運動控制系統1320係用於處理150至450mm或大於150mm的基板。可以將控制器1390連接至內部網路，或經由網際網路連接至其他的控制器，以最佳化清洗操作變數及達成一個以上的預處理目的。
雖然以上僅詳細地描述本發明的部份實施例，但熟習此技藝者將能容易地理解在實施例中許多的調整係可行的，且不會實質背離本發明之新穎教示及優點。例如：雖然提供基板的清洗的一個示例性的製程流量，但也可考慮其他的製程流量。也如以上所述，本發明的清洗方法及系統可以用在FEOL或BEOL的製造群集中。此外，所有如此的調整係包含在本發明的範疇之中。
1100‧‧‧流程圖
1104、1108、1112、1116、1120、1124、1128‧‧‧操作

Claims (18)

  1. 一種使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，該清洗系統包含一處理腔室及一處理輸送系統，該處理輸送系統包含一第一輸送裝置及一第二輸送裝置，該方法包含：將一基板設置於該清洗系統中，該基板具有離子植入型光阻層或係於灰化製程後的一基板；選擇二個以上的清洗目的，及選擇為達成該二個以上清洗目的而待最佳化的複數個清洗操作變數；選擇該第一輸送裝置之二個以上噴嘴的排列方式，及產生一工作週期，該工作週期用於開啟或關閉流經該二個以上噴嘴的一處理液的流量，流經該二個以上噴嘴的該處理液流量的總和為第一總流率；將該基板曝露於該處理液中，該處理液包含第一處理化學品，該第一處理化學品包含一pH控制添加劑，該第一處理化學品具有第一膜厚度、第一溫度、該第一總流率、及第一成分，使用該第一輸送裝置執行該曝露的步驟，且使用一紫外(UV)光同時地照射該基板表面的一部份，該UV光具有一波長及具有一UV功率，該照射步驟操作性地設定成在第一製程時間中完成，該照射步驟係當該基板在第一轉動速度中時加以執行；且控制所選擇的該複數個清洗操作變數，以達成該二個以上清洗目的；其中該複數個清洗操作變數包含以下二者以上：該第一溫度、該第一成分、第一膜厚度、該UV波長、該UV功率、該第一製程時間、該第一轉動速度、該處理液的pH值、該第一輸送裝置的該工作週期、及殘餘物移除百分比。
  2. 如申請專利範圍第1項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，更包含：使用該第二輸送裝置將第二處理化學品分配至該基板上，該第二處理化學品具有第二溫度、第二流率、及第二成分，在一分配溫度下將該第二處理化學品分配至該基板的表面的一部份上，該分配步驟操作性地設定成在第二製程時間中完成，且該分配步驟係當該基板在第二轉動速度中時加以執行。
  3. 如申請專利範圍第2項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中欲清洗的該層係在一離子植入製程期間形成殘餘物的一離子植入型光阻，或其中欲清洗的該基板為在灰化製程後的一基板，且其中該二個以上清洗目的包含：殘餘物移除百分比、及總製程時間，該總製程時間係該第一製程時間和該第二製程時間的總和；且其中該等清洗操作變數更包含：該第二溫度、該第二成分、該第二製程時間、該第二轉動速度、及該分配溫度。
  4. 如申請專利範圍第3項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該第一處理化學品係過氧化氫溶液，及該第二處理化學品係硫酸與過氧化物之混合物(SPM)；或其中該第一處理化學品係過氧化氫及該第二處理化學品係硫酸與臭氧之混合物(SOM)；或其中該第一處理化學品係水、過氧化氫水溶液、帶有有機共溶劑的過氧化氫半水性溶液、氨水、或氨半水性溶液；及其中該有機共溶劑包含：異丙醇(IPA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、或丙酮；其中過氧化物或過氧化氫水溶液或半水性溶液包含R-O-H-R'的結構，其中R係包含過氣化苯甲醯(benzoyl peroxide)、叔丁基過氧化氫(TBHP,tert-butyl hydroperoxide)、過氧化甲基乙基酮、或過氧化丙酮的任何的有機或無機物種。
  5. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該殘餘物移除百分比係百分之95.0以上，且UV光在172至300nm的範圍中，或實質上為222或254nm，及UV功率係20mJ/cm2以上。
  6. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該總製程時間係240秒以下、120秒以下；或其中該第一製程時間在40至80秒的範圍中，及該第二製程時間在40 至80秒的範圍中；及/或其中該第一轉動速度在300至12,000rpm的範圍中、或係2,000rpm；及/或其中過氧化氫溶液在10wt%至35wt%的範圍中。
  7. 如申請專利範圍第6項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中設定該二個以上噴嘴中的一者為具有低於75mL/min處理液流量的一中央噴嘴，且將該二個以上噴嘴中的一個以上的額外噴嘴放置成距離該中央噴嘴5至145mm之間，一直到該基板濕潤完成為止；且其中該第一總流率係在250至2,500mL/min的範圍中，或其中該二個以上噴嘴的數量係在2至20個噴嘴的範圍中。
  8. 如申請專利範圍第7項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該工作週期的流動開啟係1.5至5秒，且該工作週期的流動關閉係1.5至2.5秒；或5秒的工作週期流動開啟與2秒的流動關閉；或2.5秒的工作週期流動開啟與2秒的流動關閉。
  9. 如申請專利範圍第2項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中當需要低pH值時，該pH值控制添加劑係鹽酸、氫氟酸、或硝酸；當需要高pH值時，該pH值控制添加劑係四甲基氫氧化銨(TMAH)、或氫氧化銨。
  10. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該第一溫度係在25℃至100℃範圍中，及第二處理化學品係在140℃至200℃範圍中；及/或其中在150℃以下將該第二處理化學品分配至該基板上。
  11. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該SPM包含硫酸溶液對過氧化氫20：1的混和物，或該SPM包含在硫酸溶液對過氧化氫10：1至30：1範圍中的混合物。
  12. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，更包含：獲得用於計算該二個以上清洗目的之測量結果，產生二個以上經計算的清洗值；將該二個以上經計算的清洗值與該二個以上清洗目的加以比較；且如未達成該二個以上清洗目的，則調整所選擇的該二個以上清洗操作變數或選擇不同的二個以上清洗操作變數且重複該獲得測量結果的操作，將該二個以上經計算的清洗值與該二個以上清洗目的加以比較，且調整所選擇的該二個以上清洗操作變數直到達成該二個以上清洗目的為止。
  13. 如申請專利範圍第14項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該二個以上清洗操作變數包含該第一轉動速度及第一流率；或其中該二個以上清洗目的包含該殘餘物移除百分比及總製程時間。
  14. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該二個以上清洗目的包含每單位產量的擁有成本及總製程時間。
  15. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中該清洗系統包含：二個以上的紫外線過氧化物(UVP)單元的一個堆疊及二個以上的再循環硫酸與過氧化物混合物(rSPM)單元的一個堆疊、或二個以上的多合一旋轉腔室的一個堆疊，該多合一旋轉腔室每一者更包含一結合的的紫外線過氧化物(UVP)與再循環硫酸與過氧化物混合物(rSPM)單元；及/或其中該第一輸送裝置與該第二輸送裝置係相同的。
  16. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，更包含再循環該第一處理化學品、及/或該第二處理化學品的步驟；其中該二個以上噴嘴為噴霧式噴嘴。
  17. 如申請專利範圍第4項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，更包含：注入氮或空氣射流，以散開該第一處理化學品，且使在整個該基板表面的該第一處理化學品較薄。
  18. 如申請專利範圍第19項之使用清洗系統清洗基板上之一層的方法，其中將第一溫度、第一膜厚度、該UV波長、該UV功率、該第一製程時間、該第一轉動速度、該處理液的pH值、該第二製程時間、及該第一輸送裝置的工作週期同時最佳化，以符合180秒以下之該第一製程時間、及60秒以下之該第二製程時間、及在2,000rpm以下之第一轉動速度下100%殘餘物移除的清洗目的。
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