用于从衬底移除聚合物的方法和设备的制作方法

专利名称：用于从衬底移除聚合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施例总体而言涉及半导体处理系统。更具体而言，本发明的实施例涉 及在半导体制造中用于从衬底背面移除聚合物的半导体处理系统。
背景技术：
集成电路已经发展成复杂的组件，其可在单一芯片上包括数百万个部件(诸如， 晶体管、电容器和电阻器)。芯片设计的发展持续地需要更快的电路系统和更高的电路密 度。更高电路密度的需求必需减少集成电路部件的尺寸。随着集成电路部件尺寸的减少(例如，减少至亚微米尺寸)，减少污染物存在的重 要性便增加，这是因为污染物会在半导体制造处理过程中导致缺陷的形成。例如蚀刻处理 中，副产物(例如，蚀刻处理过程中产生的聚合物)会变成微粒源而污染形成于衬底上的集 成电路和结构。为了维持高制造成品率与低成本，从衬底移除污染物和/或残余聚合物逐渐变得 重要。衬底侧面(bevel)上存在的残余聚合物可移动并附着至衬底正面，可能会伤害形成 于衬底正面上的集成电路。在衬底侧面上存在的残余聚合物移动并附着至衬底背面的实施 例中，光刻曝光处理过程中衬底的非平坦性会造成光刻聚焦深度错误。再者，衬底背面上存 在的残余聚合物亦会在自动机械(robot)传送处理、衬底运送处理、随后的制造处理等过 程中移动并剥落，从而造成随后用于电路部件制造处理的传送室、衬底盒、处理室与其它处 理装置中的污染。处理装置的污染造成工具停工时间的增加，从而负面地提高整体制造成 本。传统聚合物移除处理中，通常应用磨砂清洁来从衬底侧面与背面移除聚合物。然 而，在该清洁处理过程中，衬底正面中形成的结构亦受到伤害，造成产率损失与器件失效。蚀刻过程中，通常利用光阻层为蚀刻屏蔽层，有助于将特征结构转移至衬底。然 而，衬底正面上光阻层的不完全移除亦会污染衬底上形成的结构，造成成品率损失与器件 失效。因此，需要能从衬底侧面与背面移除聚合物且同时维持衬底正面上形成结构的完 整性的设备与方法。

发明内容
本发明实施例包括从衬底移除聚合物的方法与设备。在一实施例中，用于从衬底 移除聚合物的设备包括聚合物移除室，其具有界定了处理空间的室壁和室盖；衬底支撑 组件，其被布置在聚合物移除室中；以及远程等离子体源，其通过形成于室内的出口端口耦 接至聚合物移除室，出口端口具有指向被置于衬底支撑组件上的衬底的周边区域的开口， 其中，衬底支撑组件的表面相对于衬底支持组件实质上电漂浮(float)。在一实例中，所述 表面是硅晶片或相等同的材料。相等同的材料的实例包括Al2O3 (掺杂和未掺杂的)、AIN、 Y2O3(掺杂和未掺杂)、Si、SiC阳极化(anodized)的Al2O3等等。
在另一实施例中，用于从衬底移除聚合物的设备包括聚合物移除室，其具有界定 了处理空间的室壁和室盖；衬底支撑组件，其被布置在聚合物移除室中；远程等离子体源， 其通过形成于室内的出口端口耦接至聚合物移除室，出口端口具有指向被置于衬底支撑组 件上的衬底的周边区域的开口 ；以及磁场源，其被布置成在出口端口处建立B场，该B场减 少与衬底边缘接触的离子数目。在另一实施例中，用于从衬底移除聚合物的设备包括聚合物移除室，其具有界定 了处理空间的室壁和室盖；衬底支撑组件，其被布置在聚合物移除室中；远程等离子体源， 其通过形成于室内的出口端口耦接至聚合物移除室，出口端口具有指向被置于衬底支撑组 件上的衬底的周边区域的开口 ；及导电网，其被支撑于衬底支撑组件与盖之间，以在等离子 体接触衬底边缘之前让离子接地(ground) 。在又另一实施例中，从衬底移除聚合物的方法包括以下步骤在蚀刻反应器中蚀 刻被置于衬底上的材料层；将经蚀刻的衬底传送至聚合物移除室；将惰性气体供应通过被 布置于聚合物移除室中的中心区域至衬底正面；将含氢气体通过耦接至聚合物移除室的远 程等离子体源供应至衬底的周边区域，其中A)衬底相对于衬底支撑组件是电漂浮的，B)在 出口端口处存在B场，该B场减少与衬底边缘接触的离子数目，C)导电网被支撑于衬底支 撑组件与盖之间，以在等离子体接触衬底边缘之前让离子接地，或D)A、B与C的任意组合。


为了更详细地了解本发明的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图中)来理 解本发明简短概述于上的特定描述。第1图系根据本发明一实施例包括远程等离子体源(RPS)的示例性聚合物移除室 的概要剖面图；第2图系包括远程环状等离子体源的另一示例性聚合物移除室的概要剖面图；第3图系一示例性衬底蚀刻设备的实施例；第4图系包括聚合物移除室的半导体处理系统；及第5图系利用第4图的半导体处理系统的一处理流程图实施例的图标。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因此不被视为其的范围的限制因 素，因为本发明可允许其它等效实施例。为了促进了解，尽可能用已经使用的相同组件符号来标示图标中相同的组件。
具体实施例方式本发明实施例包括可以用于从衬底周边区域(诸如，衬底边缘或侧面)移除聚合 物的方法和设备。可有效地清洁衬底侧面、背面和衬底周边区域。在光阻层(若有的话) 存在于衬底正面的实施例中，亦可移除光阻层。在一实施例中，聚合物移除设备包括由抗氢 材料所构成的等离子体源。聚合物移除设备通常用于从半导体衬底处理(诸如，蚀刻或沉 积处理等等)过程中产生的衬底移除聚合物。参照第图1和2在本文所述的一示例性聚合 物移除设备是聚合物移除室。参照第3图在本文所述的一示例性衬底处理设备(例如，蚀 刻反应器)是可从位于加利福尼亚州的圣克拉拉(Santa Clara, California)的应用材料 公司(Applied Materials，Inc.)取得的ENABLER 处理室。所构思的是，本文所述的聚合物移除室和蚀刻反应器的实施例可在其它反应器中实施，包括那些从其它制造商取得的 反应器。图1描绘了具有等离子体源154的示例性聚合物移除室100的剖面示意图，其被 用来从衬底Iio的边缘或侧面移除聚合物。包括中央处理器(CPU) 144、存储器142、及支持 电路146的控制器140被耦接至处理室100。控制器140控制处理室100的部件、处理室 100中执行的处理，并可促进与集成电路厂的数据库的可选资料交换。处理室100包括封围出一内部空间174的室盖102、底部170与侧壁130。室盖 102的底表面界定了处理室100的顶板178。在所绘实施例中，室盖102是大致平坦的电介 质构件。处理室100的其它实施例可具有其它类型的盖，诸如穹顶形顶板和/或金属构造。衬底支撑组件126被布置于处理室100中，将内部空间174分成上区域124与下 区域122。衬底支撑组件126具有用于接收衬底110的上表面176。在一实施例中，衬底支 撑组件126具有形成于衬底支撑组件126的上周边区域中的台阶结构136。台阶结构136 的宽度经选择以减少衬底支撑组件126的上表面176的直径。衬底支撑组件126的上表面 176的直径经选择以使得在衬底布置于衬底支撑组件126上时使衬底110的边缘132和背 面周边134暴露。加热组件128位于衬底支撑组件126内，以帮助控制布置于衬底支撑组件126上 的衬底110的温度。加热组件128由功率源116所控制，功率源116通过滑动环(未示出) 耦接至衬底支撑组件126。可旋转轴112向上延伸穿过处理室100的底部170并耦接至衬 底支撑组件126。升降旋转机构114耦接至轴112以控制衬底支撑组件126相对于室顶板 178的旋转和高度。泵动系统120耦接至处理室100以帮助排空和维持处理压力。清洁气源104通过气体供应导管118耦接至室盖102。清洁气源104将清洁气体 供应至处理室100。气体分配板106耦接至室顶板178并具有多个形成于其中的孔108。内 部气室148被界定于气体分配板106与室顶板178之间，其有助于从清洁气源104供应的 清洁气体连通至多个孔108。清洁气体离开孔108并经过处理室100的上区域124，以覆盖 衬底110的正面172。在一实施例中，清洁气体经选择以不与被置于衬底正面172上的材料 发生反应。非反应性清洁气体流向衬底表面172，帮助清洁衬底110的正面172不负面影响 或伤害形成于上的结构和/或器件。非反应性清洁气体避免衬底100的正面172上形成的 结构与残留于气体分配板106和/或顶板178上的化学物质或分子发生反应。在一实施例 中，清洁气源104供应的清洁气体包括C0、C02、NH3或惰性气体(诸如，N2、Ar或He等等) 中的至少一者。远程等离子体源154耦接至被形成为穿过处理室侧壁130的气体出口端口 150。 在图1所绘的实施例中，远程等离子体源154远程地耦接至处理室100。气体出口端口 150 包括喷嘴，喷嘴延伸至处理空间174内以精确地引导从喷嘴流出的气流。气体出口端口 150 由对氢物质还原性劣化具有抵抗的材料所建构或涂覆。远程等离子体 源154包括具有内部空间196的远程等离子体室198，其将气体面板 162耦接至气体出口端口 150。与远程等离子体室198相邻地布置的一个或更多个感应线 圈元件156透过匹配网络158耦接至射频(RF)等离子体功率源160，以在空间196中产生 并/或维持由气体面板162提供的气体形成的等离子体。气体面板162可提供反应气体。 在一实施例中，气体面板162提供H2。在另一实施例中，气体面板162提供H2与H20。在又一实施例中，气体面板162提供N2、H2与NH3。在又一实施例中，气体面板162提供02、H2O, NH3、N2与吐中的至少一者。供应至远程等离子体室198的气体由内部空间196中产生的等 离子体解离成中性物质和自由基。解离的中性物质和自由基进一步通过出口端口150而被 引导至处理室。衬底支撑组件126的高度可经选择以使气体出口端口 150高于、低于或对 齐于衬底侧面132，以选择性地清洁衬底110的顶部、底部和/或边缘。当衬底旋转时，可将 从出口端口 150流出的解离中性物质和自由基引向台阶结构136，从而填充衬底背面134与 衬底支撑组件126之间界定的凹部。该凹部有助于保持气体，使得衬底侧面132和衬底背 面134暴露于反应性气体较长的时间，从而提高聚合物移除效率。可选地，可以将衬底支撑 组件126置于较低位置(以虚线显示)，以使得将出口端口 150流出的气体导向衬底110的 正面172上的暴露边缘，藉此有助于从衬底110的正面172移除聚合物或残余光阻层(若 有的话)。在一实施例中，用于制造或涂覆远程等离子体室198的内部空间196的材料选自 可对含氢气体所产生的等离子体进行抵抗的材料。某些在内部空间196中解离的含氢气体 包括H2与水(H2O)蒸汽等。传统的远程等离子体源的氧化物表面呈现与氢核素的化学反应 性，而使远程等离子体室198的表面劣化。因此，内部空间196的壁由对此还原性劣化免疫 的材料所构成。制造或涂覆内部空间196的材料经选择以具有高抵抗性或基本不与等离子 体解离核素发生反应。在一实施例中，材料包括金属材料(诸如，铝(Al)、铝合金、钛(Ti)、 钛合金、钯(Pd)、钯合金、锆(&)、锆合金、铪(Hf)、或铪合金)、陶瓷材料、含稀土元素材料 (诸如，铌(Nb)、铌合金、钇(Y)或钇合金等等)。具体而言，应避免金、铜和铁合金。适于 制造或涂覆内部空间196的材料的适当实例包括裸铝(bare aluminum)或铝合金、钛、钛 合金(例如，具有45分子百分比铌(Nb)的Ti)、铝钇合金(例如，13分子百分比的Al以 及87分子百分比的Y)、钇铝石榴石(YAG，Y3A15012)、YZZO(约73. 2分子百分比的Y2O3以 及约26. 8分子百分比的&02)、YA3070(约8. 5分子百分比的Y2O3以及约91. 5分子百分比 的Al2O3)、HPM(约63分子百分比的Y2O3、约14分子百分比的Al2O3以及约23分子百分比 的&02)、NBOl (约70分子百分比的Y2O3、约10分子百分比的Nb205、以及约20分子百分比 的&02)、NB04(约60分子百分比的Y2O3、约20分子百分比的Nb205、以及约20分子百分比 的&02)、HF01 (约75分子百分比的Y2O3、约20分子百分比的Hf02、以及约5分子百分比的 ZrO2)和Y-&02 (约3分子百分比的Y2O3以及约97分子百分比&02)、以及上述材料的组合 等等。在一实施例中，远程等离子体源154可由涂覆有上列材料的塑料所构成。塑料具有 某种程度的刚度与物理性质，从而足以将等离子体局限于远程等离子体室198中。在操作中，来自清洁气源104的清洁气体以及来自等离子体源154的反应气体同 时供应至衬底Iio的正面172以及周边区域两者，以从衬底110移除聚合物和/或残余光 阻层(若有的话)。或者，来自清洁源104与/或等离子体源154的气体可脉冲式地进入处 理室100。在处理过程中，衬底支撑组件126可沿着垂直方向移动、可旋转或可定向，以将 衬底110置于上区域124与下区域122之间，使得将来自出口端口 150的气体输送至衬底 110的期望区域。衬底110的旋转有助于将来自等离子体源154的气体均勻地施加至衬底 侧面132或衬底110的其它期望区域。图2描绘了具有等离子体源202的另一实施例(其外部耦接至处理室100)的处 理室100。等离子体源202具有环状等离子体施加器206，其具有缠绕环状等离子体室212的部分的至少一个磁导核心210。线圈214缠绕磁导核心210并透过匹配网络216连接至射频(RF)等离子体功率源218。施加至线圈214的功率维持环状等离子体施加器206中由 气体形成的等离子体。环状等离子体室212具有入口端口 220与出口端口 204。入口端口 220耦接至气 体面板208，其被构造为将反应性气体供应至等离子体室212。当反应性气体在等离子体室 212中解离时，解离的中性物质、自由基和/或反应性离子核素透过出口端口 204供应至处 理室100。如之前参照图1描述的，沿着大致水平向内方向引导来自出口端口 204的流出 物。类似于图1的设计，衬底支撑组件126的高度可经选择使得将来自出口端口 204的流 出物导向衬底110的侧面132、背面134和/或正面172。在一实施例中，环状等离子体室212可由抵抗氢等离子体的材料(相似于图1的 远程等离子体室198选择的材料)建构。当等离子体解离时，环状等离子体室202的内部 表面会暴露于侵略性反应核素且与其接触，侵略性反应核素包括含卤素自由基、氢自由基、 氧自由基、氢氧自由基(-0H)、氮自由基、N-H自由基、或水(H20)蒸汽、以及一些其它相似的 腐蚀性反应核素。因此，被选择用来制造环状等离子体室202的材料具有高抵抗性且不与 这些等离子体解离的反应核素发生反应，这样的材料例如是被选择用来建构远程等离子体 室198的材料。室100具有被构造成减少撞击衬底110边缘的离子数目的一个或更多特征结构。 在一实施例中，B场产生器230可布置成使得在出口端口 204处建立B场，该B场使得减少 与衬底边缘接触的离子数目。B场源230可为永久磁体、电线圈或其它适当的磁场产生器。在另一实施例中，衬底支撑组件126可包括衬底支撑表面232，其实质上使衬底 110相对于衬底支撑组件126电漂浮。在一实例中，衬底支撑表面232是硅晶片。在另一实 施例中，衬底支撑表面232由与硅晶片具有等效电性的材料所构成。等效材料的实例包括 Al2O3(掺杂和未掺杂)、AIN、Y203(掺杂和未掺杂)、Si、SiC阳极化的Al2O3等等。在一实 施例中，衬底支撑表面232由约0.010至约0. 100英寸厚的材料层所构成，且其可建立轴向 电荷(axial charge)并减少衬底的离子撞击，离子撞击会导致伤害，特别是对软性低k材 料而言。在另一实施例中，导电网234支撑于衬底支撑组件126与室盖102之间。在一实 施例中，导电网234由来自喷头138的支座236所支撑。导电网234用于在等离子体接触 衬底110边缘之前让离子接地。可构思的是，室100可以包括一个或更多个上列的减少离子的特征结构，其在衬 底边缘产生较低的离子密度。除了上述的衬底边缘清洁气体之外，这些减少离子的特征结 构还可有利地与其它用来清洁衬底边缘的气体(包括用于其它具有不同结构的处理系统) 共同应用。图3描绘了等离子体蚀刻反应器302的一实施例的示意剖面图，其适于执行产生 聚合物残余物的蚀刻处理，例如氧化物或SiC蚀刻处理。适于实施本发明的一个上述等离 子体蚀刻反应器是ENABLER 处理室。可构思的是，衬底110可以在其它蚀刻反应器中 进行处理，包括取自其它设备制造商的那些反应器。在一实施例中，反应器302包括处理室310。处理室310是高度真空容器，其透过 节流阀327耦接至真空泵336。处理室310包括传导性室壁330。利用位于壁330中和/或壁330附近的含液体导管(未示出)来控制室壁330的温度。室壁330连接至电接地334。 内衬331置于室310中以覆盖壁330的内表面。处理室310还包括支撑基座316和气体分配器。气体分配器可以是一个或更多个 布置于室的顶板或壁中的喷嘴，或是图3所示的喷头332。以间隔关系将支撑基座316布置 于喷头332下方。支撑基座316可包括静电夹盘326以在处理过程中固持衬底110。向静 电夹盘326的供电由DC功率供应器320控制。
支撑基座316透过匹配网络324耦接至射频(RF)偏压功率源322。偏压功率源 322通常能够产生具有约50kHz至约60MHz的可调谐频率且具有约0至5，000瓦的偏压功 率的RF信号。偏压功率源322可选择地为DC或脉冲DC源。支撑基座316上支撑的衬底110的温度系至少部分地通过调控支撑基座316的温 度而受到控制。在一实施例中，支撑基座316包括形成于其中的通道(未示出)以用于使 冷却剂流动。此外，从气源348提供的背面气体(例如，氦(He)气)被适当地提供至被置 于衬底110背面与在静电夹盘326表面中形成的沟槽(未示出)之间的通道。背面He气 提供了基座316与衬底110之间的有效热传导。静电夹盘326还可以包括夹盘主体内的电 阻式加热器(未示出)以在处理过程中加热夹盘326。喷头332安装至处理室310的盖313。气体面板338流体耦接至喷头332与盖313 之间界定的充气室(未示出)。喷头332包括复数个孔以允许气体面板338提供至充气室 的气体进入处理室310。喷头332中的孔可配置于不同区域，使得能够以不同的空间流率释 放不同气体进入室310。喷头332和/或与喷头相邻布置的上电极328透过阻抗变压器319耦接至RF功 率源318。RF功率源318通常能够产生具有约160MHz的可调谐频率和约0至5，000瓦的 源功率的RF信号。反应器302还可以包括置于室壁330外部、室盖313附近的一个或更多个磁体或 线圈片段312。线圈片段312的功率由DC功率源或低频AC功率源354所控制。在衬底处理过程中，利用气体面板338与节流阀327来控制室310的内部中的气 压。在一实施例中，将室310的内部中的气压维持在约0.1至999mTorr。可将衬底110维 持在约10°C至约500°C之间的温度。包括中央处理器(CPU) 344、存储器342和支持电路346的控制器340耦接至反 应器302的各个部件，以帮助控制本发明的处理。存储器342可为对于反应器302或CPU 344而言是本地或远程的任何计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)、软盘、硬盘或任何其它形式的数字储存器。支持电路346以传统方式耦接至CPU344 以支持CPU 344。这些电路包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路系统与子系统等等。 存储于存储器342中的软件例程或一系列程序指令在被CPU 344执行时使得反应器302执 行本发明的蚀刻处理。图3仅示出了可用于实施本发明的不同类型等离子体反应器的一示例性结构。例 如，可利用不同耦接机制将不同类型的源功率与偏压功率耦接至等离子体室。利用源功率 与偏压功率两者可独立地控制等离子体密度及衬底相对于等离子体的偏压电压。在某些应 用中，不需要源功率，仅藉由偏压功率维持等离子体。可利用以低频(例如，0. 1-0. 5赫兹) AC电流源或DC源驱动的电磁体施加至真空室的磁场，来提高等离子体密度。在其它应用中，可在与放置衬底的室不同的室(例如，远程等离子体源)中产生等离子体，并接着利用 公知技术将等离子体引入室。图4是示例性处理系统400的概要俯视图，其包括适于实施本发明的聚合物移除 室100和衬底处理室302的一实施例。在一实施例中，处理系统400可以是从位于加利福 尼亚州圣克拉拉(Santa Clara, California)的应用材料公司(Applied Materials, Inc.) 商业获取的CENTURA 整合处理系统。可构思的是，其它处理系统(包括那些来自其它 制造商的处理系统)也适合从本发明受惠。 系统400包括真空密封处理平台404、工厂接口 402和系统控制器444。平台404 包括耦接至真空衬底传送室436的多个处理室100、302、420、432、450及至少一负载锁定室 422。一负载锁定室422如图4所示。应当注意，聚合物移除室100可位于通常被传统系统 上的负载锁定室占据的位置，从而并入现存的可用设备中而不大范围地修改或损失基本处 理室。工厂接口 402藉由负载锁定室422耦接至传送室436。在一实施例中，多个处理室包 括至少一如上所述的聚合物移除室100以及一个或更多个图3的衬底处理反应器302。在一实施例中，工厂接口 402包括至少一个坞站408与至少一个工厂接口自动机 械414，以帮助衬底110的传送。坞站408被配置为接受一个或更多个前开式晶片传送盒 (FOUP)。两个FOUP 406A-B显示于图4的实施例中。具有布置在自动机械414的一个末端 的叶片416的工厂接口自动机械414被配置为将衬底110从工厂接口 402通过负载锁定室 422传送至处理平台404以便处理。可选地，一个或更多测量站418连接至工厂接口 402的 端部426以帮助对来自FOUP 406A-B的衬底的测量。负载锁定室422具有耦接至工厂接口 402的第一端口及耦接至传送室436的第二 端口。负载锁定室422耦接至压力控制系统(未示出)，其排空与排出负载锁定室422以帮 助在传送室436的真空环境与工厂接口 402的实质周围环境(例如，大气)之间传送衬底。传送室436具有置于其中的真空自动机械430。真空自动机械430具有能够在负 载锁定室422与处理室100、302、420、432、450之间传送衬底110的叶片434。在一实施例中，蚀刻室302可利用反应性气体(诸如，含卤素气体、含碳气体、氟化 硅气体、含氮气体)来蚀刻其中的衬底110。反应性气体的实例包括四氟化碳(CF4)、C4F6、 C4F8, CHF3> C2F6, C5F8, CH2F2, SiF4, SiCl4, Br2, NF3> N2, CO、CO2、溴化氢(HBr)、氯气(Cl2)等 等。亦可提供惰性气体(诸如，He或Ar)进入蚀刻室。被置于衬底110上且可在蚀刻处理 过程中被蚀刻的材料层包括低k层、阻挡层、含硅层、金属层和电介质层。要被蚀刻的材料 层的实例包括碳氧化硅(SiOC)，例如可从应用材料公司(Applied Materials, Inc.)商业 获取的BLACK DIAMOND 薄膜；碳化硅(SiC)或碳氮化硅(SiCN)，例如可从应用材料公 司(Applied Materials, Inc.)商业获取的BLOk 薄膜；CVD 氧化物；SiO2 ；多晶硅；TEOS ； 非晶硅；USG ；氮化硅(SiN)；掺杂硼或掺杂磷的硅薄膜等等。在被置于衬底110上的材料层 是碳氧化硅(SiOC)的示例性实施例中，可使用包括CF4、C4F6、02和Ar中的至少一者的气体 混合物来蚀刻碳氧化硅层。亦可选择性提供CO、C02。在被置于衬底110上的材料层是氧 化硅层(Si02)的另一示例性实施例中，可使用包括C4F8、C2F6, C4F6, CF4和CHF3中的至少一 者的气体混合物来蚀刻氧化硅层。在被置于衬底110上的材料层是碳化硅(SiC)和/或碳 氮化硅层(SiCN)的又一示例性实施例中，可使用包括CH2F2、N2和Ar中的至少一者的气体 混合物来蚀刻碳化硅(SiC)和/或碳氮化硅层(SiCN)。在被置于衬底110上的材料层是氮化硅(SiN)的又一示例性实施例中，可使用包括CH2F2、CHF3> N2和Ar中的至少一者的气体 混合物来蚀刻氮化硅层(SiN)。系统控制器444耦接至处理系统400。系统控制器444利用对系统400的处理室 100、302、420、432、450的直接控制或者藉由对与处理室100、302、420、432、450及系统400 相关的计算机(或控制器)的控制，来控制系统400的运作。在运作中，系统控制器444能 够从各个室以及系统控制器444收集数据并进行反馈以优化系统400的效能。 系统控制器444通常包括中央处理器(CPU) 438、存储器440和支持电路442。CPU 438可为任何形式的可用于工业设定的通用计算机处理器之一。支持电路442通常耦接至 CPU 438，且可包括缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。软件例程(例如，后文参 照图5描述的移除聚合物残余物的方法500)在被CPU 438执行时将CPU 438转变成特定 用途的计算机(控制器)444。软件例程亦可由相对于系统400位于远程的第二控制器(未 示出)储存和/或执行。图5描绘了根据本发明的从衬底移除聚合物处理的方法500的一实施例的流程 图。方法500可实施于系统400或其它适当的设备上。可构思的是，方法500实施于其它 适当处理系统(包括来自其它制造商的那些)或实施于其中聚合物移除室和蚀刻反应器位 于不同设备的系统上。方法500开始于框体502，其在处理系统400中设置其上具有要被处理的层的衬 底110。衬底110可为要在其上实施膜处理的任何衬底或材料表面。在一实施例中，衬底 110具有一个或更多个形成于其上(以用来形成结构的材料层。可以置于衬底上的材料层 包括电介质层，诸如Si0C、Si02或SiCN、SiC或SiN层。衬底110或可应用光阻层为蚀刻掩 模，以帮助将特征或结构赋予至衬底110。在另一实施例中，衬底可具有多个层(例如，薄 膜层叠)，以用于形成不同的图案和/或特征结构，例如双镶嵌结构等等。衬底110的材料 诸如是结晶硅(诸如，Si<100>或Si<lll>)、氧化硅、应变硅、硅锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、 掺杂或未掺杂的硅晶片以及图案化或未图案化的绝缘层上硅(SOI)、掺杂碳的氧化硅、氮化 硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、被置于硅上的金属层等等。衬底可具有各种尺寸，诸 如200mm或300mm直径晶片以及矩形或方形面板。在框体504，将衬底110从FOUP 406A-B之一传送至被布置于系统400中的蚀刻反 应器302，以蚀刻衬底110上的材料层。虽然此处描述的处理是蚀刻处理，但可构思的是， 在不同应用(诸如，沉积、热退火、植入等等)下处理衬底110。在一实施例中，被置于衬底 110上的材料层是由含碳或氟化碳材料的气体混合物所蚀刻，诸如CF4、C4F6、C4F8、CHF3、C2F6、 C5F8、CH2F2、⑶、CO2等等。或者，衬底110可被含卤素气体所蚀亥Ij，诸如四氟化碳(CF4)、C4F6、 CHF3> C4F8, CHF3> C2F6, C5F8, CH2F2, SiF4, SiCl4、NF3等等。蚀刻处理过程中亦可向蚀刻反应器 302提供载气，诸如N2、Ar、He、CO、CO2, O2中的一者或更多者。在被置于衬底110上的材料 层是碳氧化硅层(SiOC)的实施例中，可使用包括CF4、C4F6、02和Ar中的至少一者的气体混 合物来蚀刻材料层。在被置于衬底110上的材料层是氧化硅层(Si02)的另一示例性实施 例中，可使用包括C4F8、C2F6、CHF3、CF4和C4F6中的至少一者的气体混合物来蚀刻材料层。在 被置于衬底110上的材料层是碳化硅(SiC)和/或碳氮化硅层(SiCN)的又一实施例中，可 使用包括CH2F2、N2和Ar中的至少一者的气体混合物来蚀刻材料层。在被置于衬底110上 的材料层是氮化硅(SiN)的又另一实施例中，可使用包括CH2F2、CHF3> N2和Ar中的至少一者的气体混合物来蚀刻材料层。可将反应气体(诸如，含碳材料、含氟化碳材料与含卤素气体)的流率控制在约Osccm与约500sccm之间，例如约Osccm与约200sccm之间。可将 蚀刻处理的等离子体功率维持在约200瓦与约3000瓦之间，例如约500瓦与约1500瓦之 间；并可将偏压功率维持在约0瓦与约300瓦之间。可将处理压力控制在约IOmTorr与约 IOOmTorr之间，并将衬底温度维持在约0°C与约200°C之间。蚀刻处理过程中，经蚀刻的材料会与蚀刻化学成分以及掩模层(若有的话)的成 分以及蚀刻处理的副产物混合，藉此形成聚合物残余物。聚合物残余物与蚀刻副产物会沉 积于衬底110上，包括衬底侧面132与衬底110的背面136。再者，光阻层(应用于蚀刻处 理过程中)的一些部分无法完全消耗或移除，因此在蚀刻处理之后光阻层残留于衬底正面 172上。残留于衬底正面172的光阻层若没有藉由随后的剥除或灰化处理加以移除的话，会 造成衬底正面172上的有机或聚合物污染，从而负面地影响形成于衬底110上的器件的效 能。在框体506，将经处理(例如，蚀刻)的衬底传送至聚合物移除室100以从衬底110 移除框体504的操作过程中产生的聚合物残余物、光阻层(若有的话)及蚀刻副产物。处 理室100的远程等离子体源154供应活性反应物(诸如，含氢气体和/或含氮气体)至处 理室100，以帮助从衬底110移除聚合物残余物、光阻层和蚀刻副产物。由于氢核素(Η·、Η*、 H+)、氢氧自由基(-0Η)、氮自由基和/或N-H自由基对聚合物而言是高度反应性的自由基， 一但供应解离的氢、氮或氢氧核素进入处理室100，反应核素将主动地与聚合物反应而形成 挥发性化合物，而可轻易地将挥发性化合物泵吸并排出处理室100之外。气体混合物可包 括含氧气体(诸如，02、03、水蒸汽(H2O))、含氢气体(诸如，Η2、水蒸汽(Η20)、ΝΗ3)、含氮气体 (诸如，N2, N2O, NH3> NO2等)、或惰气(诸如，氮气(N2)、氩(Ar)、氦(He)等)。在一实施例中，供应至处理室100的活性反应物是由远程等离子体源自气体混合 物加以产生的，该气体混合物包括含氢气体(例如，H2)、水蒸汽(H2O)、氧气(O2)、氮气(N2) 和NH3中的至少一者。在衬底上被蚀刻的材料层是碳氧化硅层(SiOC)的实施例中，从远程 等离子体源供应至处理室的活性反应物包括含氢气体，诸如H2O或Η2。在衬底上被蚀刻的 材料层是氧化硅层(Si02)的另一实施例中，从远程等离子体源供应至处理室的活性反应 物包括含氮气体和/或含氢气体，诸如NH3或H2。如上所述，解离的氢自由基或氢氧自由基 (-0H)、氮自由基或N-H自由基是高度活性的，因此制造远程等离子体源154、206的材料经 选择为抵抗氢等离子体的材料。材料实例包括裸铝(Al)、含钇(Y)材料、含钯(Pd)材料、含 锆(Zr)材料、含铪(Hf)材料和含铌(Nb)材料。制造远程等离子体源更适合的材料实例参 照图1和2描述于前文。如上所述，当衬底支撑组件126被竖直地定位并旋转时，可随着移除聚合物残余 物一起而移除衬底正面172上存在的光阻材料，例如在聚合物移除处理过程中从衬底剥除 光阻材料。在衬底上蚀刻的材料是碳氧化硅膜(SiOC)的实施例中，透过远程等离子体源 供应以移除衬底侧面和背面聚合物的气体混合物包括H2和H20。H2气体的供应流率在约 500sccm与约5000sccm之间，例如约1500sccm与约2500sccm之间。H2O的供应流率在约 IOsccm与约200sccm之间，例如约15sccm与约40sccm之间。远程等离子体源提供的等离 子体功率在约500瓦与15000瓦之间，例如约4000瓦与约10000瓦之间。可与气体混合物一起供应惰性气体(诸如，々!·、彻或队)以帮助激发等离子体。处理所用的压力被控制在约 0. 5Torr与约4Torr之间，例如约2Torr与约2. 5Torr之间。此外，清洁气源104供应的清洁 气体是N2且提供的流率在约500sccm与约5000sccm之间，例如约1500sccm与约2500sccm 之间。
在已经移除衬底侧面和背面聚合物之后，可将衬底支撑组件126调整高度至较低 位置，好易于将远程等离子体源的反应核素接收至衬底正面172以移除光阻层。在光阻材 料移除处理过程中，通过远程等离子体源供应的气体混合物包括H2和H20。H2气体的供应 流率在约500sccm与约5000sccm之间，例如约1500sccm与约2500sccm之间。H2O的供应 流率在约IOsccm与约200sccm之间，例如约15sccm与约40sccm之间。远程等离子体源提 供的等离子体功率系在约500瓦与15000瓦之间，例如约4000瓦与约10000瓦之间。可与 气体混合物一起供应惰性气体(诸如，Ar、He或N2)以帮助激发等离子体。处理所用的压 力控制在约0. 5Torr与约4Torr之间，例如约1. 5Torr与约3. OTorr之间。在光阻材料移 除处理过程中，可省略来自清洁气源104的清洁气体。在衬底上蚀刻的材料系氧化硅薄膜(Si02)的实施例中，透过远程等离子体源 供应以移除衬底侧面和背面聚合物的气体混合物包括N2和H2。N2气体的供应流率在约 200sccm与约2000sccm之间，例如约700sccm与约1400sccm之间。H2的供应流率在约 50sccm与约500sccm之间，例如约150sccm与约250sccm之间。远程等离子体源提供的等 离子体功率在约500瓦与15000瓦之间，例如约4000瓦与约10000瓦之间。可与气体混合 物一起供应惰性气体(诸如，Ar、He或N2)以帮助激发等离子体。处理所用的压力被控制 在约0. 5Torr与约4Torr之间，例如约ITorr与约2Torr之间。此外，清洁气源104供应的 清洁气体可为N2且提供的流率在约Osccm与约2000sccm之间，例如约Osccm与约200sccm 之间。在已经移除衬底侧面与背面聚合物之后，可将衬底支撑组件126调整高度至较 低位置，好易于将远程等离子体源的反应核素接收至衬底正面以移除光阻层。在光阻材 料移除处理过程中，通过远程等离子体源供应的气体混合物包括O2和N2。O2气体的供应 流率在约500sccm与约8000sccm之间，例如为约2000sccm。N2的供应流率在约Osccm与 约4000SCCm之间，例如为约500SCCm。远程等离子体源提供的等离子体功率在约500瓦与 15000瓦之间，例如约4000瓦与约10000瓦之间。可与气体混合物一起供应惰性气体(诸 如，▲! 、彻或队)以帮助激发等离子体。处理所用的压力被控制在约0.5Τοπ·与约4Τοπ·之 间，例如约1. 5Torr与约3. OTorr之间。在光阻材料移除处理过程中，可省略来自清洁气源 104的清洁气体。可选地，在将衬底110从真空环境移出之前，可如同循环507所示将衬底110返回 系统400的任一处理室100、302、420、432以进行额外处理。在框体508，在完成衬底110上实施的处理后，从系统400移出衬底110。值得注 意的是可依需要在系统中重复实施衬底处理和聚合物移除处理。因此，本发明提供了移除衬底上的聚合物残余物和光阻层(若存在的话)的方法 与设备。该方法与设备有利地移除了附着在衬底背面和衬底侧面上的聚合物残余物。聚合 物残余物的移除不仅有效地排除衬底上的污染，且亦能避免随后处理过程中污染被传送进 入其它处理室，由此提高产品率并提高生产力和处理产量。
虽然以上说明针对关于本发明的实施例，但可在不悖离其的基本范围的情况下设计本发明的其它和进一步的实施例，而本发明的范围由所附权利要求所确定。
权利要求
一种用于从衬底移除聚合物的设备，其包括处理室，其具有界定了处理空间的室壁和室盖；衬底支撑组件，其被布置于所述处理室中；远程等离子体源，其经由形成穿过所述处理室的出口端口耦接至所述处理室，所述出口端口具有指向被布置于所述衬底支撑组件上的衬底的周边区域的开口；以及以下特征(A)、(B)或(C)中的一者，其中(A)包括所述衬底支撑组件的衬底支撑表面，所述衬底支撑表面使被布置于其上的衬底相对于所述衬底支撑组件实质电漂浮；(B)包括B场产生器，所述B场产生器被配置为在所述出口端口处提供B场，所述B场减少与被布置于所述衬底支撑组件上的衬底的边缘接触的离子数目；以及(C)包括导电网，所述导电网被支撑于所述衬底支撑组件与所述室盖之间，以将布置于所述室内的等离子体中的离子接地。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述远程等离子体源中暴露于等离子体的表 面由抵抗氢核素带来的还原性劣化的材料所制成。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述抗氢材料选自下列材料所构成的群组裸铝 (Al)、含钇(Y)材料、含钯(Pd)材料、含锆(Zr)材料、含铪(Hf)材料、及含铌(Nb)材料。
4.根据权利要求2所述的设备，还包括台阶结构，所述台阶结构形成于所述衬底支撑组件的周边区域，所述台阶结构的尺寸 允许所述衬底延伸于其上。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述出口端口位于所述侧壁中并沿着大致水平 方向引导来自所述远程等离子体源的气体，其中，所述衬底支撑组件相对于所述出口端口 的高度可进行调节，其中，所述衬底支撑组件在所述处理空间内旋转。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，从所述远程等离子体源提供的气体是含氢气体， 并且其中，所述含氢气体包括H2、水蒸汽(H2O)或NH3中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述远程等离子体源包括环状处理室，所述环状 室由所选择的抗氢材料制成或涂覆，其中，所述抗氢材料选自下列材料所构成的群组裸铝 (Al)、含钇(Y)材料、含钯(Pd)材料、含锆(Zr)材料、含铪(Hf)材料、及含铌(Nb)材料。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述环状室系由涂覆有抗氢材料的塑料制成。
9.一种衬底处理系统，其包括真空传送室，其具有自动机械，蚀刻反应器，其耦接至所述传送室并被配置为蚀刻被置于衬底上的电介质材料，其中， 所述电介质材料选自氧化硅和碳氧化硅中的至少一者；以及聚合物移除室，其耦接至所述传送室，所述自动机械被配置为在所述聚合物移除室与 所述蚀刻反应器之间传送衬底，所述聚合物移除室具有将反应核素提供至所述聚合物移除 室的内部的远程等离子体源，其中，所述远程等离子体源中暴露于等离子体的表面由抵抗 氢核素带来的还原性劣化的材料所制成，其中，所述聚合物移除室还包括以下特征(A)、(B) 或(C)中的至少一者，其中(A)包括被布置于所述聚合物处理室中的衬底支撑组件的衬底支撑表面，所述衬底支 撑表面使被布置于其上的衬底相对于所述衬底支撑组件电漂浮；(b)包括b场产生器，所述b场产生器被配置为在出口端口处提供b场，所述b场减少 与被布置于所述衬底支撑组件上的衬底的边缘接触的离子数目；以及(c)包括导电网，所述导电网被支撑于所述衬底支撑组件与室盖之间，以将布置于所述 室内的等离子体中的离子接地。
10.一种用于从衬底移除聚合物的方法，其包括以下步骤 在蚀刻反应器中蚀刻被置于衬底上的材料层；将经蚀刻的所述衬底传送至聚合物移除室；将惰性气体通过被置于所述聚合物移除室中的中心区域供应至所述衬底的正面； 将含氢气体从与所述聚合物移除室耦接的远程等离子体源通过喷嘴供应将所述衬底 的周边区域，其中，所述远程等离子体源中暴露于等离子体的表面由抵抗氢核素带来的还 原性劣化的材料所制成。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，刻蚀所述材料层的步骤还包括以下步骤中的 至少一者(a)由氟化碳气体蚀刻所述材料层，其中，所述该材料层是碳氧化硅层，其中，所述含氢 气体是h2o;或者(b)由含卤素气体蚀刻所述材料层，其中，所述材料层是氧化硅层，其中，所述含氢气体是 nf3。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤 从所述衬底的正面移除光阻层。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤使被布置于所述衬底支撑组件的衬底支撑表面上的所述衬底相对所述衬底支撑组件 电漂浮，其中，所述衬底支撑组件被布置于所述聚合物移除室中。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤在所述喷嘴处产生b场，所述b场减少与被布置于所述衬底支撑组件的衬底支撑表面 上的所述衬底的边缘接触的离子数目，其中，所述衬底支撑组件被布置于所述聚合物移除室中。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤用导电网使被置于所述聚合物移除室的室盖与所述衬底支撑组件之间等离子体中的 离子接地，所述导电网被支撑于所述衬底支撑组件与所述室盖之间。
全文摘要
本发明提供了从衬底移除聚合物的方法和设备。在一实施例中，用于从衬底移除聚合物的设备包括处理室，其具有界定了处理空间的室壁和室盖；衬底支撑组件，其被布置于处理室中；以及远程等离子体源，其经由形成于室壁中的出口端口耦接至处理室，出口端口具有指向被置于衬底支撑组件上的衬底的周边区域的开口，其中，远程等离子体源由抗氢核素的材料所构成。
文档编号H01L21/302GK101960567SQ200980106993
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年2月29日
发明者丹尼尔·J·霍夫曼, 伊玛德·尤瑟夫, 元洁, 南希·凡格, 卡尔蒂克·贾亚拉曼, 安德鲁·源, 段仁官, 沃特·梅丽, 肯尼思·柯林斯, 英·瑞, 詹尼弗·孙, 贺小明, 马丁·萨里纳斯 申请人:应用材料公司