專利名稱：用于增加光阻移除率之裝置及等離子體灰化方法
用于増加光阻移除率之裝置及等離子體灰化方法相關(guān)申請(qǐng)案交互參照本申請(qǐng)案根據(jù)2004年9月I日申請(qǐng)之美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第60/606，360號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，在此并入該臨時(shí)申請(qǐng)案以供參照。發(fā)明所屬之技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明系關(guān)于半導(dǎo)體制造，特別是關(guān)于用于自基板移除光阻劑和后蝕刻殘留物 (post etch residue)之等離子體灰化方法。先前技術(shù)近來(lái)，許多注意力集中于發(fā)展用于新一代電子產(chǎn)業(yè)之低k介電質(zhì)薄膜。當(dāng)集成電路裝置之體積變小，沿著信號(hào)傳導(dǎo)連接線之電阻電容RC延遲時(shí)間成為限制整體芯片速度之主要因素之一。隨著冶銅技術(shù)之進(jìn)展，電阻(R)已被推展至其實(shí)際之最低極限。因此，注意力即轉(zhuǎn)移至降低電容(C)以增進(jìn)整體芯片之速度。達(dá)成此目標(biāo)的方法之一系降低環(huán)繞連接線之絕緣薄膜之介電常數(shù)(通常表示為” k”)，藉以降低電容并增進(jìn)整體芯片之速度。傳統(tǒng)上，ニ氧化硅(SiO2)被用來(lái)當(dāng)成絕緣薄膜材料。其所謂低k和高k乃是相對(duì)于ニ氧化硅(SiO2)之介電常數(shù)(k)而言，換言之，低k材料通常是指介電常數(shù)小于ニ氧化硅(例如，小于約3. 9)之材料，而高k材料通常是指介電常數(shù)大于ニ氧化硅(例如，大于約 3.9)之材料。低k材料通常包括,但不限于,有機(jī)聚合物(organic polymers)、添加氟之非結(jié)晶碳(amorphous fluorinated carbons)、奈米發(fā)泡材料(nanofoams)、含有機(jī)聚合物之硅基絕緣體、摻碳之硅氧化物、摻氟之硅氧化物、及其它類似材料。于基板(例如晶圓)上制造集成電路時(shí)，其最終之集成電路產(chǎn)出之前須經(jīng)過(guò)許多制程步驟。低k介電材料，特別是含碳之低k介電材料，對(duì)于其中某些制程步驟可能較為敏感。例如，用于灰化步驟之等離子體可同時(shí)剝除光阻材料并移除部份含碳之低k介電質(zhì)薄膜?；一ǔＶ敢缘入x子體媒介之剝除方法，通過(guò)暴露于等離子體之下，殘余之光阻劑和后蝕刻殘留物被自基板剝除或移除。此灰化方法通常于蝕刻或植入制程執(zhí)行之后發(fā)生，光阻材料于蝕刻或植入制程中被當(dāng)成屏蔽以在其下之基板蝕刻出電路布局或是被用于選擇性地植入離子于該基板的露出區(qū)域。該灰化步驟之后通常跟隨濕性化學(xué)處理以移除蝕刻殘留物之痕跡。然而，此濕性化學(xué)處理可能導(dǎo)致該低k介電質(zhì)品質(zhì)之降低，材質(zhì)流失，同時(shí)也會(huì)造成介電常數(shù)之増加?；一椒ê臀g刻方法有相當(dāng)?shù)牟町愂呛苤匾?。雖然兩者皆可以等離子體來(lái)媒介進(jìn)行，蝕刻方法顯著不同處在于其中等離子體之化學(xué)作用被選擇以透過(guò)光阻劑屏蔽之中空部分來(lái)移除基板表面部分區(qū)域以將影像永久性地轉(zhuǎn)印至該基板上。此等離子體通常包含低溫(例如，大約從室溫(約21°C )至大約140°C )及低壓(在毫托(millitorr)的位階) 下之高能量離子轟擊以移除基板之一部份。并且，暴露于離子下之基板部份通常以一大干或等于光阻劑屏蔽移除率之效率被移除。相對(duì)于蝕刻方法，灰化方法通常是指選擇性地移除光阻劑屏蔽和蝕刻過(guò)程中形成之任何聚合物或殘留物。灰化等離子體之化學(xué)性質(zhì)比蝕刻等離子體之化學(xué)性質(zhì)較不具侵略性且通常被選擇以一個(gè)比其下基板之移除率大得多之效率來(lái)移除光阻劑屏蔽層。此外，大部分的灰化方法會(huì)將基板加熱至大于200°C之溫度以增加等離子體的活性，并且是在相當(dāng)高的壓カ(在ー托的位階)下執(zhí)行。由此可見(jiàn)，蝕刻和灰化方法系針對(duì)相當(dāng)不同之材質(zhì)之移除，且就其本身而言，系分別利用了完全不同的等離子體化學(xué)性質(zhì)和方法。成功的灰化方法并不在于永久性地轉(zhuǎn)印影像至基板上。確切地說(shuō)，成功的灰化方法乃取決于不影響且不移除下層材質(zhì)，例如低k介電層的前提下，對(duì)于光阻劑，聚合物和殘留物之移除率。研究指出，使用含有氧、氮、氟之氣體源以產(chǎn)生灰化等離子體之光阻劑移除方法對(duì)于造成低k介電質(zhì)品質(zhì)之降低有相當(dāng)大的影響。盡管含有這些氣體源之混合物能有效率地自基板灰化光阻劑，此等氣體源之使用已被證明對(duì)于含有低k介電質(zhì)之基板是極其不利的。例如，含氧等離子體于等離子體制程中即會(huì)提高低k介電層之介電常數(shù)。介電常數(shù)之増加至少會(huì)影響互連電容值，其更直接對(duì)組件之性能造成沖擊。此外，含氧等離子體通常亦不建議被用于使用銅金屬層之先進(jìn)組件制造，因?yàn)榻饘巽~易被氧化。理想情況下，灰化等離子體不應(yīng)影響其下之低k介電層且應(yīng)選擇性地僅移除光阻劑材料。傳統(tǒng)介電質(zhì)如ニ氧化硅之使用對(duì)于這些氣體源(如含有氧、氮、及/或氟之氣體源)具有高敏感性而適用于早期之組件生產(chǎn)。低k介電質(zhì)的一個(gè)問(wèn)題在于它們易遭氧化等離子體內(nèi)含物所侵襲。為了把對(duì)低k介電質(zhì)的損害減到最少，實(shí)質(zhì)上無(wú)氧(例如，含氧量少于約20ppm (百萬(wàn)分之20))以及實(shí)質(zhì)上無(wú)氮(例如，含氮量少于約20ppm)的等離子體方法已被發(fā)展出來(lái)。ー此種方法見(jiàn)于授予Waldfried等人之美國(guó)專利第6，630, 406號(hào),其中該方法包括從含有惰性氣體(例如，氦)和氫之氣體混合物產(chǎn)生等離子體。無(wú)氧和無(wú)氮等離子體，如前述由氦氣和氫氣混合而成者，以傳統(tǒng)的觀點(diǎn)而言較不具侵略性且和光阻劑作用不完全。一般相信，等離子體會(huì)提取部分經(jīng)由升華及揮發(fā)作用被移除之光阻劑。因此，雖然無(wú)氧和無(wú)氮等離子體能有效地自基板移除光阻劑材料，與等離子體之接觸極可能在處理室 (processing chamber)內(nèi)和位于處理室下游(諸如排氣管線和其內(nèi)之部件)之區(qū)域沈積大量之升華(或揮發(fā))或已移除之光阻劑和副產(chǎn)物。因此，處理室之周期性清潔是必須的，其通常需用到氧化等離子體。氧化等離子體提供處理室原處(in situ)清潔之方式。然而， 氧化等離子體被發(fā)現(xiàn)會(huì)造成阻隔平板組件(通常于處理室中用來(lái)將灰化等離子體均勻分布于基板)溫度增加，特別是位于沖擊中心(impingement center)的位置,其為等離子體首次沖擊阻隔平板組件之處。此溫度之増加在隨后之晶圓處理中被發(fā)現(xiàn)會(huì)降低灰化率并對(duì)跨晶圓表面之灰化程序之均勻性產(chǎn)生負(fù)面影響，特別是晶圓中心和邊緣間移除率的差異。無(wú)氧和無(wú)氮等離子體的另ー個(gè)問(wèn)題是等離子體接觸的不均勻。因?yàn)榇朔N等離子體較不具侵略性，不均勻是ー個(gè)重大的課題。某些下游式等離子體灰化器具有等離子體由之產(chǎn)生之開(kāi)孔直徑狹窄之等離子體導(dǎo)管?；逯睆酵ǔ］^這些等離子體導(dǎo)管之直徑大得多。再者，阻隔平板通常置于靠近等離子體導(dǎo)管出口附近以迫使等離子體于進(jìn)入處理室時(shí)轉(zhuǎn)向，并使得等離子體內(nèi)含物能均勻擴(kuò)散于基板上。視等離子體對(duì)晶圓接觸之時(shí)間長(zhǎng)短， 批處理的晶圓數(shù)目和各批次間隔的時(shí)間長(zhǎng)度等之不同，阻隔平板組件之溫度會(huì)不隨意地變化。因此，灰化率和均勻度實(shí)質(zhì)上可以如前述氧化等離子體清潔方法相同之方式(雖然程度上較小)被影響。是故，本技術(shù)領(lǐng)域需要降低阻隔平板之沖擊部分(中心部分)之溫度，同時(shí)能維持或增進(jìn)光阻劑移除率之方法。
發(fā)明內(nèi)容此處公開(kāi)從基板移除光阻劑、后蝕刻殘留物、和揮發(fā)性副產(chǎn)物之等離子體灰化方法。在一實(shí)施例中，用以從含碳、氫、或碳?xì)浣M合物之基板移除光阻劑材料和后蝕刻殘留物等離子體灰化方法，該基板包含低k介電材料，該等離子體灰化方法包括由實(shí)質(zhì)上無(wú)氧且無(wú)氮之氣體混合物形成等離子體；使該等離子體流經(jīng)阻隔平板組件和于該基板上，并自該基板移除光阻劑材料、后蝕刻殘留物、和揮發(fā)性副產(chǎn)物；使冷卻氣體以與等離子體流相反之方向流經(jīng)阻隔平板組件，其數(shù)量可有效地降低上方阻隔平板溫度。在另ー實(shí)施例中，用以從含碳、氫、或碳?xì)浠衔镏逡瞥庾鑴┎牧虾秃笪g刻殘留物之等離子體灰化方法，其中該基板包含低k介電層，等離子體灰化方法包括由實(shí)質(zhì)上無(wú)氧且無(wú)氮之氣體混合物形成等離子體，其中該等離子體包含氫和氦；使該等離子體流入處理室，其中該處理室包含和該等離子體流體連通之阻隔平板組件，其中該阻隔平板組件包含大致為平面之上方阻隔平板，其位于大致為平面之下方阻隔平板之上，該下方阻隔平板包含多個(gè)分布于ー中心軸周圍之開(kāi)孔，其中該多個(gè)開(kāi)孔之密度由該中心軸向該下方阻隔平板之一外緣而增加；將含氧等離子體導(dǎo)引入該處理室以周期性地清潔該處理室；以及使冷卻氣體流于該上方阻隔平板之中心沖擊區(qū)域及其附近以冷卻該阻隔平板組件。在另ー實(shí)施例中，處理室設(shè)置成用于接受等離子體，其包含阻隔平板組件，該組件包含大致為平面之上方阻隔平板，其位于大致為平面之下方阻隔平板之上，該下方阻隔平板和該上方阻隔平板包含至少ー熱傳導(dǎo)支座，其和該處理室之一壁熱連通。熟悉本項(xiàng)技術(shù)之人士將能從以下之詳細(xì)說(shuō)明、圖式、以及權(quán)利要求了解并察知本發(fā)明前述及其它特色。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明參照附圖，其中相同之構(gòu)件在各不同附圖內(nèi)具有相同之編號(hào)圖I系一示范性之等離子體灰化裝置之透視圖；圖2系一內(nèi)置氣體分布系統(tǒng)之光阻劑灰化處理室之截角透視圖；圖3系依據(jù)ー實(shí)施例之氣體分布系統(tǒng)所繪之平面圖；圖4系沿圖3所示之剖面線4-4之該阻隔平板組件之剖面圖；圖5系依據(jù)另ー實(shí)施例之氣體分布系統(tǒng)所繪之平面圖；圖6系對(duì)應(yīng)于處理狀態(tài)隔板溫度圖解；圖7系具有分離氣體導(dǎo)管以冷卻阻隔平板中心區(qū)域之上方阻隔平板之剖面圖；圖8系利用熱傳導(dǎo)支座附著于處理室外蓋之上方阻隔平板之剖面圖；而圖9系將灰化率表示為隔板冷卻程度之函數(shù)之圖解。實(shí)施方式一使用無(wú)氧無(wú)氮等離子體配合低k絕緣材料之等離子體灰化方法被公開(kāi)于此，其中該灰化裝置含有新穎的隔板組件以均勻分布該灰化等離子體。此外，冷卻該隔板組件之沖擊點(diǎn)之方法和用于該冷卻之優(yōu)選硬件配置亦公開(kāi)于此。雖然該方法于本說(shuō)明書中系以低 k材料和解釋性之灰化器裝置被描述，其應(yīng)被理解該方法和隔板組件可輕易地配置成用于較高k絕緣材料和不同之等離子體灰化裝置設(shè)計(jì)使用。本公開(kāi)中所謂”無(wú)氧”和”無(wú)氮”系指等離子體含有小于約20ppm(百萬(wàn)分之20)之氧或氮之成分，小于約5ppm則更佳,最好是小于約IOOppb (十億分之100)。熟悉本項(xiàng)技術(shù)
5人士應(yīng)理解對(duì)于特定應(yīng)用，上述最佳濃度常為灰化率，其通常受益于較高濃度之氧及/或氮，和維持介電層低k性質(zhì)，其通常受益于較低濃度之氧及/或氮，兩灰化率之間的平衡值。 所謂”低k”系指具有介電常數(shù)小于二氧化硅之材料，二氧化硅之介電常數(shù)約為3. 9。例如， 低k材料可具有小于約3. 5之介電常數(shù)，最好能在約I. 5到約3. O之間。本公開(kāi)預(yù)期之低k 介電質(zhì)包括，但不限于，含碳介電質(zhì)、含氫介電質(zhì)、摻氟娃氧化物、含有機(jī)聚合物之娃基介電質(zhì)、及其類似物。于本說(shuō)明書中，所謂含碳低k介電質(zhì)系指包含介電常數(shù)小于約3. 9，最好小于3. 5， 而適用于制造集成電路或類似組件之含碳絕緣材料。此含碳低k介電材料可包括含碳或碳基側(cè)基類(pendant groups)化合物,其中該介電材料之主體由碳之網(wǎng)狀連結(jié)所構(gòu)成。含碳低k介電質(zhì)一般可分為兩類有機(jī)和摻雜氧化物。有機(jī)低k介電材料的例子包括聚醢亞胺(polyimides)、苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)、聚對(duì)二甲苯(parylenes)、類鉆石碳素、PAE_2(poly arylene ethers)、cyclotenes、碳氟化合物(fluorocarbons)及其類似物， 諸以SiCK或BCB品牌行銷于市面上之介電材料。摻雜氧化物低k介電材料的例子包括甲基倍半娃氧燒(methyl silsesquioxane)、氫倍半娃氧燒、奈米多孔型氧化物(nanoporous oxides)、摻碳二氧化硅及其類似物，諸如C0R0L、BLACK DIAMOND、和AURORA品牌行銷于市面上之介電材料。兩種形式之含碳低k介電材料均有高密度及多孔型兩種類型。其多孔型材料如以LKD、ORION、BOSS、或porous SiLK品牌行銷于市面上者。同樣地，含低k介電質(zhì)之氫系指包含介電常數(shù)小于約3. 9，最好小于約3. 5，而適用于制造集成電路或類似組件之含絕緣材料之氫。許多前述之含碳低k介電質(zhì)在其化學(xué)結(jié)構(gòu)中包含一或多個(gè)與碳原子結(jié)合之氫原子。因此，本公開(kāi)中所謂合適之含氫低k介電材料并不排除含碳之結(jié)構(gòu)，反之亦然。等離子體氣體混合物之特定成分系由其在等離子體形成條件下形成氣體和等離子體之能力所選定。該氣體混合物實(shí)質(zhì)上不含在等離子體形成條件下會(huì)產(chǎn)生易反應(yīng)之氧氣成分和易反應(yīng)之氮?dú)獬煞种煞?。最好該氣體混合物實(shí)質(zhì)上不具有含氧化合物和含氮化合物。該氣體混合物可包含許多含氫之活性氣體，諸如氫氣和碳?xì)浠衔铩Ｔ摎怏w混合物可更包含惰性氣體，諸如氬、氦、氖及其類似物。由該氣體混合物形成之等離子體實(shí)質(zhì)上與光阻劑、聚合物、和殘留物中之碳和其它原子產(chǎn)生反應(yīng)以形成在特定基板溫度及壓力條件下易揮發(fā)及/或可被沖洗移除之化合物。適用于此方法之含氫氣體包括含有氫之化合物。含氫氣體包括碳?xì)浠衔?、氫氣、或是其混合物。最好是在等離子體形成條件下為氣態(tài)之含氫氣體以及在等離子體形成條件下釋放出氫以形成諸如氫原子成分和其它氫基之活性氫。碳?xì)浠衔锿ǔＪ遣豢扇〈?。含氫之碳?xì)浠衔餁怏w的實(shí)例包括甲烷、乙烷、和丙烷。在一說(shuō)明性之實(shí)施例中，含氫之氣體為一含氫氣體和一惰性氣體之混合。適用于此方法之惰性氣體之例子包括元素周期表第八行之氣體，諸如氬、氖、氦及其類似物。雖然先前技術(shù)無(wú)氧等離子體通常使用含有氫和氮?dú)庵旌?，使用氮?dú)庠诒竟_(kāi)之方法是特別禁止的。該氣體混合物最好是含有氫和氦氣。氦氣原子質(zhì)量輕且易于擴(kuò)散至基板，其對(duì)于等離子體產(chǎn)生之活性氫成分而言具有優(yōu)良之載體特性。基于安全之理由，氫氣在氣體混合物中所占之比例通常不應(yīng)超過(guò)約該氣體混合物體積百分比的百分之五(5Vol%)。然而，較高含量的氫氣通常是可接受的，而且有時(shí)候還寧可如此以增加光阻劑移除率和選擇性。該氣體混合物中的氫含量最好介于大約Ivol. %和99vol. %之間，其中之體積百分比是相對(duì)于該氣體混合物之總體積。該氣體混合物中的氫含量介于大約IOvol. %和30vol. %之間則更佳。此方法可被實(shí)際應(yīng)用于含有一等離子體源和一處理室之等離子體灰化器。如簡(jiǎn)要提示于上，本公開(kāi)并未意欲自限于任何特定之等離子體灰化器。特別適用于本公開(kāi)之等離子體灰化器為下游式等離子體灰化器(downstream plasma ashers),例如Axcelis RadiantStrip 3 2 O L k 商標(biāo)行銷之微波等離子體灰化器，其可自位于Beverly, Massachusetts之Axcelis Technologies, Inc.公司購(gòu)得。該微波等離子體灰化器的部分結(jié)構(gòu)見(jiàn)于美國(guó)專利編號(hào) 5，571，439,5, 498，308,6, 082，374,5, 980，638,5, 961，851、 6，057，645,6, 225，745、和4，341，592以及PCT國(guó)際申請(qǐng)案編號(hào)W0/97/37055之中，上述專利全部?jī)?nèi)容均于此處以參照方式于此處并入。其它可用以實(shí)施依據(jù)本公開(kāi)之等離子體產(chǎn)出和釋放裝置之例子包括運(yùn)用射頻(RF)能量以產(chǎn)生等離子體之灰化器。接著請(qǐng)參照

圖1，一編號(hào)標(biāo)記為10之示范性等離子體灰化裝置被例示于此。該等離子體灰化裝置10概言之包含微波等離子體產(chǎn)生部件12和處理室14。該微波等離子體產(chǎn)生部件12包含微波封閉室16。一般而言,該微波封閉室16系一長(zhǎng)方形盒體,其被分隔成各有一等離子體導(dǎo)管穿越之長(zhǎng)條形區(qū)域。于裝置運(yùn)作時(shí)，每一區(qū)域均被饋入微波能量。每一區(qū)域?qū)τ谶M(jìn)入之微波能量猶如一相當(dāng)淺之腔穴，以促使在各方位角及中心軸方向均具有均勻性之模式形成。最好該微波封閉室16能被切割成能支持長(zhǎng)方形TMllO模式并且該微波封閉室16可以具有一正方形截面。該截面之尺寸必須使得該TMllO模式為諧振。每一區(qū)域之長(zhǎng)度小于Xg/2，其中Ag為TElOl模式之腔穴內(nèi)波導(dǎo)之長(zhǎng)度。微波捕集器38和40置于微波等離子體產(chǎn)生部件12之兩端以防止微波之傳輸。此捕集器可以是如美國(guó)專利第5，498，308號(hào)所公開(kāi)之形式。磁控管48將微波能量經(jīng)由耦合器50饋入一提供TElOl模式之波導(dǎo)，其具有互相垂直的兩個(gè)區(qū)域52和54。波導(dǎo)區(qū)域54的長(zhǎng)度是可調(diào)整的。波導(dǎo)區(qū)域54的平板將微波能量耦合入分隔式之微波結(jié)構(gòu)16，等離子體導(dǎo)管經(jīng)由此結(jié)構(gòu)延伸出去，而等離子體因此可由流經(jīng)等離子體導(dǎo)管之氣體混合物激發(fā)產(chǎn)生。再次參照?qǐng)D1，終端蓋58與微波捕集器38及配件60實(shí)體相連。氣體入口 70與等離子體導(dǎo)管相連而互通流體，等離子體導(dǎo)管于此終端被終端蓋58內(nèi)之O形環(huán)所支持。等離子體導(dǎo)管的另一端位于終端構(gòu)件66之內(nèi)，且具有開(kāi)口以將等離子體/氣體釋放入處理室 14中。選擇性地，形成開(kāi)口之導(dǎo)管被裝于狹窄之開(kāi)孔接頭上以在等離子體導(dǎo)管與處理室14 之間產(chǎn)生一壓力差，其中等離子體導(dǎo)管內(nèi)之壓力較大。系統(tǒng)運(yùn)作期間，等離子體導(dǎo)管內(nèi)之壓力最好介于大約I托至大約一大氣壓(大約760托)之間。相對(duì)地，系統(tǒng)運(yùn)作期間，處理室 14內(nèi)之壓力大約在100毫托至大約一大氣壓(760托)之間。等離子體導(dǎo)管之開(kāi)口與處理室14之內(nèi)部區(qū)域相連而互通流體。因?yàn)榈入x子體系自一比較狹窄(相對(duì)于待處理之基板尺寸而言)之開(kāi)孔排放至處理室14之內(nèi)部，用以促使等離子體均勻接觸基板之氣體分布系統(tǒng)100 (參見(jiàn)圖2)被配置于處理室14之內(nèi)。此氣體分布系統(tǒng)100被配置于基板和等離子體導(dǎo)管開(kāi)口之間。在一說(shuō)明性實(shí)施例中，該氣體分布系統(tǒng)100包含一(或多個(gè))置于基板之上且與其同軸之阻隔平板以促使等離子體于基板表面之均勻分布。該一(或多個(gè))阻隔平板最好由多個(gè)堆棧而成之阻隔平板構(gòu)成，其中每一平板均含有多個(gè)孔隙。舉例而言，第2到圖5例示了適用于裝置10之氣體分布系統(tǒng)。在例舉之實(shí)施例中，該氣體分布系統(tǒng)100被顯示為一雙層阻隔平板組件。然而，本項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域之人士均能理解，運(yùn)用額外之阻隔平板結(jié)合提供于此之教導(dǎo)僅是改善該氣體分布系統(tǒng)而已。是故，本公開(kāi)并不意欲局限于雙層阻隔平板之配置。圖I顯示處理室14，其與氣體分布系統(tǒng)(阻隔平板組件)100之一實(shí)施例結(jié)合。包含裝設(shè)如圖2至5之氣體分布系統(tǒng)100之灰化器處理室14適用于300毫米(mm)之基板 (晶圓)處理系統(tǒng)。本項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域之人士經(jīng)由本公開(kāi)之說(shuō)明應(yīng)能察知，氣體分布系統(tǒng)100也可被修改為配合200mm晶圓使用。并且，雖然此處闡述之氣體分布系統(tǒng)100系配合一下游式等離子體灰化器裝置實(shí)現(xiàn)，其亦可用于其它半導(dǎo)體制造設(shè)備，諸如殘留物移除、剝除、以及各向同效性(isotropic)蝕刻設(shè)備。接著參見(jiàn)圖2至4，氣體分布系統(tǒng)100包括上方具孔隙之阻隔平板102和較大之具孔隙下方阻隔平板104，兩者一般而言互相平行且互相分離(例如，二者之間有一空間)。 如圖2中更清楚之展示，氣體分布系統(tǒng)100和處理室14之下方部分106實(shí)體相連，處理室 14包含內(nèi)置待處理基板(晶圓110)之腔穴108。阻隔平板102和104除了彼此互相平行之外，其方位也和待處理之晶圓110平行。密封物112被置于氣體分布系統(tǒng)100和處理室14之下方部分106之間的接口，并且位于下方阻隔平板104中之溝槽114內(nèi)(參見(jiàn)圖2和圖4)。晶圓經(jīng)由進(jìn)出通道116和加載互鎖真空機(jī)制(load lock mechanism,未顯不于圖中)被導(dǎo)引入處理室或自處理室移除。加熱器組件(未顯示于圖中)，其位于處理室之下方部分106下方，于處理期間將晶圓 110之底部加熱至預(yù)定之溫度。處理室14通常被裝設(shè)于等離子體灰化裝置10內(nèi)之加熱器組件(未顯示于圖中) 和等離子體產(chǎn)生部件12之間之孔洞118之位置。系統(tǒng)運(yùn)作期間，自等離子體導(dǎo)管較狹窄開(kāi)孔釋出之高能化等離子體(氣體)會(huì)到達(dá)氣體分布系統(tǒng)100。舉例說(shuō)明，該高能化等離子體從等離子體導(dǎo)管流出后，首先到達(dá)上方阻隔平板102之中心區(qū)域(譬如說(shuō)，沖擊點(diǎn))，其實(shí)體上無(wú)任何孔洞。此中心區(qū)域可轉(zhuǎn)移發(fā)射自等離子體導(dǎo)管并在輻射方向加速氣體/等離子體成分之高能化氣體，以達(dá)成于下方阻隔平板104和處理室14的一個(gè)蓋子間形成適當(dāng)之充實(shí)狀態(tài)。等離子體于是經(jīng)由位于上方阻隔平板102之孔洞120和位于下方阻隔平板104之孔洞122散布進(jìn)入處理室腔穴108內(nèi)。在一實(shí)施例中，下方阻隔平板104可透過(guò)入口 126和出口 128利用流經(jīng)內(nèi)部冷卻通道124之冷卻媒介使之主動(dòng)冷卻。處理室14之下方部分106 之壁130亦可透過(guò)入口 134和出口 136利用流經(jīng)內(nèi)部冷卻通道132之冷卻媒介使之主動(dòng)冷卻。下方阻隔平板104，如第3和圖4更清楚之顯示，包含外圍凸緣138和含有孔洞 122 —般而言為平面之部分140。下方阻隔平板104可具有嵌接孔(未顯示于圖中)以使用支座142將上方阻隔平板102架置于其上。上方阻隔平板102和下方阻隔平板104之間的距離在某種程度上決定了氣體流經(jīng)氣體分布系統(tǒng)100的形態(tài)。對(duì)于200毫米或300毫米之等離子體灰化器而言，上方阻隔平板102和下方阻隔平板104之間的距離最好約在O. 25 時(shí)(大約O. 6厘米)到大約2. O時(shí)(大約5. I厘米)之間，若其距離介于大約O. 5時(shí)(大約I. 3厘米)和大約I. 5時(shí)(大約3. 8厘米)之間則更佳。對(duì)于200毫米之配置，應(yīng)注意其于上方阻隔平板上之孔洞密度相對(duì)于300毫米之配置之孔洞密度可以較為降低。
圖3為顯示于圖2之300毫米氣體分布系統(tǒng)100之平面圖，而圖4則為此氣體分布系統(tǒng)100之實(shí)施例之剖面圖。如這些圖中所示，氣體分布系統(tǒng)100和處理室14之下方部分106透過(guò)下方阻隔平板凸緣138上之嵌接孔146實(shí)體相連接(例如，以鑲接之方式)。下方阻隔平板104具有孔洞122。該具有孔洞之部位122之表面積恰足以覆蓋位于其下之晶圓110 (參見(jiàn)圖2)。在此實(shí)施例中，孔洞122的尺寸自下方阻隔平板104的中心區(qū)域至其外圍邊緣逐層增大。該下方平板孔洞122之逐層增大被發(fā)現(xiàn)能改善使用于諸如含碳及/或含氫之低k介電質(zhì)之無(wú)氧無(wú)氮等離子體之均勻度。相對(duì)而言，上方平板之孔洞尺寸則維持固定并且更包含不具有孔洞之中心沖擊區(qū)域。就下方阻隔平板而言，其孔洞之直徑介于大約O. 05時(shí)至大約O. 25時(shí)之間。在另一實(shí)施例中，該直徑介于大約O. 075時(shí)至大約O. 175時(shí)之間。就上方阻隔平板而言，其孔洞直徑介于大約O. I時(shí)至大約O. 5時(shí)之間。在另一實(shí)施例中，該孔洞直徑介于大約O. 2時(shí)至大約O. 3時(shí)之間。舉例而言，適用于本公開(kāi)之上方阻隔平板和下方阻隔平板之配置說(shuō)明如下。上方阻隔平板之直徑為4時(shí)，而下方阻隔平板之直徑為7. 5時(shí)，其中上方阻隔平板和下方阻隔平板之間隔為1.0時(shí)。下方阻隔平板之孔洞自中心向外呈放射狀增大，從在4時(shí)半徑范圍之大約O. 09時(shí)直徑之孔洞到在7. 5時(shí)半徑范圍(即下方阻隔平板之邊緣)之大約O. 15時(shí)直徑之孔洞。此示范性之下方阻隔平板配置中，該下方阻隔平板于該平板最中心之區(qū)域也具有孔洞。上方阻隔平板具有半徑I時(shí)之無(wú)孔洞中心區(qū)域，且于4時(shí)半徑范圍處(即上方阻隔平板之邊緣)之孔洞直徑為O. 25時(shí)。圖5舉出依據(jù)另一實(shí)施例之下方阻隔平板104之平面圖。其中孔洞122的密度以幅射方向由下方阻隔平板104之中心點(diǎn)向外緣逐漸增加，而孔洞之尺寸則維持不變。本說(shuō)明書提及之各個(gè)實(shí)施例中之下方阻隔平板最好由石英(SiO2)、涂覆藍(lán)寶石(sapphire)之石英、藍(lán)寶石、陶質(zhì)材料(ceramic)、或是電鍍招所制成。上方阻隔平板102中之孔洞120通常被配置成輻射狀或多同心圓的形式。上方阻隔平板102由涂覆藍(lán)寶石之熔合娃土(fused silica)、石英、藍(lán)寶石、招、或是陶質(zhì)材料所構(gòu)成。上方阻隔平板102之孔洞120最好比下方阻隔平板104內(nèi)最大之孔洞122稍大。上方阻隔平板102之中心最好是不含孔洞之區(qū)域，其可額外包含藍(lán)寶石、石英、或是陶質(zhì)沖擊平板144。沖擊平板144可利用任何適當(dāng)之方式固定于上方阻隔平板102上。例如，螺絲釘 146可用來(lái)將沖擊平板144固定于上方阻隔平板之上。具有或不具沖擊平板144之上方阻隔平板102之中心部位將發(fā)自等離子體導(dǎo)管32之高能化氣體沿輻射方向向外轉(zhuǎn)移分散至上方阻隔平板102其余具有孔洞之區(qū)域，以防止處理中之晶圓110之幅射向內(nèi)部份過(guò)熱，而造成比該晶圓之其它部份以一個(gè)比例上較高之效率灰化。在另一實(shí)施例中，上方阻隔平板 102可被配置成不含孔洞，此較適用于200毫米晶圓之處理。前文曾簡(jiǎn)要提及，無(wú)氧無(wú)氮等離子體(諸如由氦氫混合形成者)之使用會(huì)造成在處理室14和處理室14下游區(qū)域如排氣管線和其內(nèi)部組件沉積已升華、已揮發(fā)、或已移除之光阻劑和副產(chǎn)物。處理室14可通過(guò)周期性地以高能產(chǎn)生之含氧等離子體通過(guò)該系統(tǒng)來(lái)“原處”清潔。然而，此清潔程序會(huì)導(dǎo)致上方阻隔平板102如圖6所示之加熱。應(yīng)了解圖6所示者僅為舉例說(shuō)明，本項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域之人士應(yīng)能輕易地改變處理時(shí)間和處理晶圓數(shù)目(晶圓批次數(shù)量)以達(dá)到控制隔板溫度之目的。
在圖6中，包含具有雙層阻隔平板組件之處理室之微波等離子體灰化器之阻隔平板溫度被當(dāng)成時(shí)間之函數(shù)量測(cè)。上方阻隔平板之溫度于平板中心點(diǎn)(等離子體進(jìn)入處理室之沖擊點(diǎn))附近被量測(cè)，并且被拿來(lái)與記錄于該上方阻隔平板邊緣之溫度比較。十五片晶圓相繼被暴露于無(wú)氧無(wú)氮等離子體總計(jì)約2250秒，接著使用含氧等離子體原處清潔約500 秒，而后以無(wú)氧無(wú)氮等離子體再處理6片晶圓。在處理前15片晶圓期間，上方阻隔平板中心和邊緣之溫度介于大約150°C到大約200°C之間。然而，在原處清潔期間，上方隔板中心之溫度增加到大約350°C到大約400°C之間，造成平板中心顯著的溫度上升而同時(shí)平板邊緣之溫度相對(duì)于正常處理時(shí)之溫度并未有任何明顯變化。該高能含氧清潔程序，其為處理室周期性地清潔所必需，導(dǎo)致上方阻隔平板沖擊中心溫度激烈上升。隨后額外6片晶圓之處理顯示平板中心之溫度約在200到250°C。其已被發(fā)現(xiàn)沖擊點(diǎn)溫度之增加導(dǎo)致灰化之不均勻度(UN)隨之增加。同時(shí)，使用實(shí)質(zhì)上無(wú)氧無(wú)氮等離子體之光阻劑移除卻減少。因此， 雖然實(shí)質(zhì)上無(wú)氧無(wú)氮等離子體較適用于灰化含低k材料之基板，卻由于上方阻隔平板組件溫度的不均勻會(huì)導(dǎo)致灰化不均勻度之增加及灰化率之降低。為了減少肇因于原處含氧等離子體清潔程序的溫度不均勻性，其意外地被發(fā)現(xiàn)于處理期間周期性地使氣體(以下稱為“冷卻氣體”)流過(guò)及/或流經(jīng)上方阻隔平板之中心將能有效地降低溫度不均勻性。在一實(shí)施例中，該冷卻氣體經(jīng)由冷卻氣體導(dǎo)管160流過(guò)上方阻隔平板102之底面，該冷卻氣體導(dǎo)管160如圖7之配置所示于上方阻隔平板之中心有一開(kāi)口。該冷卻氣體朝等離子體進(jìn)入之方向流去，其造成該冷卻氣體偏向沖擊區(qū)域而冷卻了上方阻隔平板之中心區(qū)域。在另一實(shí)施例中，該冷卻氣體可于等離子體尚未于導(dǎo)管中被激發(fā)期間被導(dǎo)引流入上方阻隔平板之沖擊中心。例如，在處理室14做晶圓抽換之時(shí)以及晶圓制程方法剛開(kāi)始之時(shí)等離子體均尚未被激發(fā)，其中基板之溫度和處理室14內(nèi)之壓力均可加以調(diào)整。盡管氣體流通速率可視應(yīng)用之不同而改變，一示范之實(shí)施例具有約每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm) 到大約每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)公升(slm)之冷卻氣體流通速率。同時(shí)應(yīng)了解，本技術(shù)領(lǐng)域之人士可輕易地配置本公開(kāi)以改變?cè)摾鋮s氣體之溫度和壓力。此外，冷卻氣體之流速、溫度、壓力、種類、及其類似者均可加以選擇以冷卻隔板之中心(沖擊點(diǎn))，換言之，以將隔板之溫度降至足夠維持或增進(jìn)光阻劑移除率之溫度。例如， 阻隔平板沖擊點(diǎn)之溫度可減少總計(jì)大于或等于25°C，最好在大約25°C至大約50°C之間。冷卻氣體之例子包括，但不限于，諸如氬、氦及其它惰性氣體，以及諸如氫和氦氫混合之氣體混合物。此外，晶圓制程方法開(kāi)始之時(shí)間可選擇性地延長(zhǎng)以輔助阻隔平板之冷卻。若未使用公開(kāi)于此之冷卻氣體方式，于一程序方法中增加平均之等離子體啟動(dòng)時(shí)間將會(huì)造成阻隔平板沖擊中心溫度之提高而導(dǎo)致前述之問(wèn)題。例如，光阻劑移除率之下降導(dǎo)致晶圓產(chǎn)出能力之減少。維持高光阻劑移除率有利增進(jìn)晶圓產(chǎn)出能力。例如，運(yùn)用冷卻氣體并將晶圓制程方法調(diào)整開(kāi)始之時(shí)間最佳化可將使用較長(zhǎng)等離子體啟動(dòng)時(shí)間之方法導(dǎo)致之隔板增溫之影響最小化，在一實(shí)施例中，其光阻劑移除率之增加系利用在晶圓制程方法調(diào)整之始加入冷卻氣體，氣體冷卻時(shí)間最好在5到60秒之間，在大約20到40秒之間則更佳。在另一實(shí)施例中，使用于灰化器裝置之隔板中心點(diǎn)冷卻方法包含使冷卻氣體流過(guò)一或多個(gè)該灰化器裝置上之質(zhì)量流量控制器(mass flow controller),并且選擇性地將冷
10卻時(shí)間與晶圓增溫步驟重迭。如圖8所示之另一實(shí)施例中，上方阻隔平板102是由諸如鋁之較佳熱傳導(dǎo)材料所制成，其更黏附至少一散熱體。舉例而言，通常見(jiàn)于處理室之水冷式外蓋164為一適當(dāng)之散熱體，其可經(jīng)由導(dǎo)熱支座162耦接至上方阻隔平板。導(dǎo)熱支座162可由諸如鋁之熱傳導(dǎo)材料所構(gòu)成。上方阻隔平板最好用普遍之高導(dǎo)熱材料所制造。本公開(kāi)更進(jìn)一步非局限性地舉數(shù)例說(shuō)明如下范例I在此范例中，4組各具有一層約8 3 O O A厚之Shipley UV-6光阻劑于其上之晶圓受處理于一實(shí)質(zhì)上無(wú)氧無(wú)氮之等離子體灰化方法，其使用可購(gòu)自Axcelis Technologies, Inc.之ES3Lk等離子體灰化器。該灰化器包含如2至4圖所示之雙層阻隔平板組件。具體而言，該等離子體由氫氦氣體混合物和微量之氧所組成，其流速為10000sCCm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)之含4%氫之氦以及100 μ L/min (每分鐘微公升)之氧。每一晶圓均于相同條件下被處理，例如，300°C，30秒等離子體啟動(dòng)時(shí)間，壓力為I托(torr)，功率1200瓦(W)。 每一組晶圓之灰化率和跨晶圓之不均勻度百分比使用基于光阻劑Cauchy系數(shù)之標(biāo)準(zhǔn)厚度量測(cè)法量測(cè)并取平均值。其結(jié)果參見(jiàn)圖9。第I組為比對(duì)性之?dāng)?shù)據(jù)，其未使用冷卻步驟。第2至第4組使用了冷卻步驟，其中流速每分鐘37標(biāo)準(zhǔn)公升之含4%氫之氦氣被使用為冷卻氣體。更明確地說(shuō)，第2組在晶圓增溫期間進(jìn)行了為時(shí)15秒之冷卻動(dòng)作；第3組在晶圓增溫之前進(jìn)行了為時(shí)15秒之冷卻動(dòng)作；而第4組在晶圓增溫之前進(jìn)行了為時(shí)30秒之冷卻動(dòng)作。其結(jié)果清楚顯示未使用冷卻氣體造成灰化率顯著之降低。例如，第I組顯示出其灰化率約為O. 59 μ m/min (每分鐘移除之微米數(shù)),而加入冷卻步驟后灰化率于第2組增為
O.62 μ m/min,第 3 組增為 O. 64 μ m/min,而第 4 組增為 O. 70 μ m/min。本公開(kāi)之冷卻阻隔平板沖擊區(qū)域之方法之優(yōu)勢(shì)在于，相對(duì)于未使用冷卻步驟之裝置設(shè)計(jì)和灰化方法而言，本方法能維持及/或增進(jìn)原有之灰化率。并且，于各個(gè)實(shí)施例中， 灰化裝置的總產(chǎn)出能力并未受到影響，因?yàn)榛一试黾拥某潭缺刃枰脕?lái)補(bǔ)償冷卻步驟的時(shí)間還大。范例2本范例使用具有互相分隔約O. 5時(shí)之上方和下方平板之雙層阻隔平板組件，其中之上方石英阻隔平板配置有如圖7所示方式之冷卻氣體導(dǎo)管。如前所述，該冷卻氣體導(dǎo)管同時(shí)具有冷卻阻隔平板組件中之上方阻隔平板以及提供相對(duì)于等離子體沖擊上方阻隔平板相反方向之氣流以防止其過(guò)熱之功能。氦氣被使用于冷卻上方阻隔平板，并以介于O到 440sccm之流速被導(dǎo)引而入。晶圓被涂以約8 2 O O人厚之Shipley UV_6光阻劑，烘干，并量測(cè)其厚度。該被涂層之晶圓隨之被置于如范例I之Axcelis Technologies灰化器內(nèi)處理。流速為lOOOOsccm 之含4%氫之氦以及l(fā)OOyL/min(每分鐘微公升)之氧。此組例子僅在供予阻隔平板反向流入之冷卻氦氣之總量有所不同。在等離子體處理后之厚度減損(即光阻劑之移除量)隨之被計(jì)算。無(wú)反向流入冷卻氦氣之厚度減損為2 7 O O A·，此量于160sccm之反向流入冷卻氣體之情況增至2 7 7 5A ,而在440SCCm反向流入冷卻氣體之情況增至2 8 5 O A。明顯地， 冷卻氣體之反向流入有助于灰化率之增進(jìn)。
范例3本范例將以可購(gòu)自Axcelis Technologies, Inc.之ES3Lk等離子體灰化器對(duì)兩種阻隔平板之設(shè)計(jì)做比較。此等離子體灰化器包含雙層阻隔平板組件，其具有彼此分隔約O. 5 時(shí)之上下二平板。在一比較性之配置中，上方阻隔平板由石英所制成且由依附于下方阻隔平板之3支石英腳所支撐。第二種配置則采用熱傳導(dǎo)材料。如圖8所示之此種配置，其上方阻隔平板由懸吊于距下方阻隔平板O. 5時(shí)處之鋁質(zhì)平板所構(gòu)成。該懸吊系利用熱傳導(dǎo)鋁質(zhì)支座構(gòu)成之固定硬件以及將上方阻隔平板固定附著于等離子體灰化器水冷式外蓋之連接栓來(lái)達(dá)成。晶圓被涂以約8 2 O O人厚之Shipley UV_6光阻劑，烘干，并量測(cè)其厚度。被涂層之晶圓隨之置于等離子體灰化器分別使用上述兩種不同的阻隔平板組件于300°C，30秒等離子體啟動(dòng)時(shí)間，壓力I托(torr),功率1200瓦(W)之條件下處理。流速為lOOOOsccm之含4%氫之氦以及100μ L/min (每分鐘微公升)之氧。接著，等離子體處理之后相對(duì)于每一阻隔平板配置之厚度減損(即光阻劑之移除量)隨之被計(jì)算。各組在許多方面均有所差異。首先是上方阻隔平板之類型(石英或鋁)和支撐之方式(依附于下方阻隔平板或懸吊于水冷式外蓋)。其次是灰化器最近之經(jīng)歷-其之前是一直保持閑置而在“冷”機(jī)狀態(tài)，抑或是晶圓批處理當(dāng)中而在“暖”機(jī)狀態(tài)。就阻隔平板組件之溫度管理而言，器材之經(jīng)歷應(yīng)為一控制因素t。結(jié)果顯示于表I。雖然石英上方隔板之平均光阻劑移除量較高，冷機(jī)和暖機(jī)起始條件之差異對(duì)石英上方隔板而言是8 5 O人,對(duì)附著于水冷式外蓋之鋁質(zhì)上方隔板而言是 4 5 0Λ。此表示鋁質(zhì)上方隔板對(duì)于晶圓之連續(xù)產(chǎn)出較有貢獻(xiàn)，這一點(diǎn)是令人滿意之特性且
具有相當(dāng)之商業(yè)優(yōu)勢(shì)。表I
阻隔平板類型灰化器起始條件移除厚度石英冷機(jī)3, 9 5 0 A石英暖機(jī)3，100 A鋁冷機(jī)3, 2 00 A鋁暖機(jī)2,750 A本公開(kāi)之冷卻阻隔平板沖擊區(qū)域之方法之優(yōu)勢(shì)在于，相對(duì)于未使用冷卻步驟之裝置設(shè)計(jì)和灰化方法而言，本方法能維持及/或增進(jìn)原有之灰化率。并且，于各個(gè)實(shí)施例中， 灰化裝置的總產(chǎn)出能力并未受到影響。雖然本公開(kāi)通過(guò)示范性之實(shí)施例加以說(shuō)明，熟悉本項(xiàng)技術(shù)之人士應(yīng)能了解，在不脫離本發(fā)明之范疇下，可進(jìn)行各種改變，而此公開(kāi)之組件可被替換。此外，于未脫離本公開(kāi)之基本范疇下，許多修改可循本公開(kāi)教示之方向進(jìn)行以適于特定情況或材質(zhì)。因此，本公開(kāi)并未受限于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之最佳模式實(shí)施例，本公開(kāi)包含所有落于權(quán)利要求范疇內(nèi)之所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.處理室，其設(shè)置成用以接收等離子體，該處理室包含阻隔平板組件，其包含為平面之上方阻隔平板，其位于為平面之下方阻隔平板之上，該上方阻隔平板包含至少ー熱傳導(dǎo)支座，其和該處理室之一壁熱連通。
2.如權(quán)利要求第I項(xiàng)之處理室,其中該處理室之壁為水冷式。
3.如權(quán)利要求第I項(xiàng)之處理室，其中該上方阻隔平板由熱傳導(dǎo)材料所構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求第I項(xiàng)之處理室，其中該上方阻隔平板由鋁所制成。
5.一種下游式等離子體灰化器，包含如權(quán)利要求第I項(xiàng)之處理室。
全文摘要
本發(fā)明涉及等離子體灰化方法，該方法包括以一實(shí)質(zhì)上無(wú)氧無(wú)氮之氣體混合物形成一等離子體；將該等離子體導(dǎo)引入一處理室，其中該處理室包含一和等離子體流體連通之阻隔平板組件；使該等離子體流經(jīng)該阻隔平板組件，并自基板移除光阻劑材料、后蝕刻殘留物、和揮發(fā)性副產(chǎn)物；通過(guò)將一氧氣等離子體導(dǎo)入該處理室，以周期性地清潔該處理室；使一冷卻氣體流過(guò)該阻隔平板組件以冷卻該阻隔平板組件。本發(fā)明還涉及一設(shè)置成用以接收下游式等離子體之處理室，該處理室包含一上方阻隔平板，該上方阻隔平板包含至少一和熱傳導(dǎo)支座，其與該處理室之一壁熱連通；以及一和該上方阻隔平板間隔之下方阻隔平板。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102610481SQ20121007365
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者A·貝克內(nèi)爾, D·費(fèi)利斯, P·哈摩 申請(qǐng)人:艾克塞利斯技術(shù)公司