NL1032210C2 - Proces voor het reinigen van een waferrand. - Google Patents

Description

PROCES VOOR HET REINIGEN VAN EEN WAFERRAND ACHTERGROND

Deze beschrijving heeft betrekking op de voorlopige 5 US aanvraag met serienummer 60/695,826 ingediend op 30 juni 2005, welke aanvraag hier door verwijzing is opgenomen.

De onderhavige beschrijving heeft betrekking op het reinigen van de rand van een substraat zoals een halfgeleiderwa-fer. Dit reinigen kan gebruikt worden voor verschillende 10 processen, en bijvoorbeeld voor immersielithografie.

Lithografie is een mechanisme waarmee een patroon op een masker geprojecteerd wordt op een substraat zoals een halfge-leiderwafer. In vakgebieden zoals halfgeleider fotolithografie, is het nodig geworden om beelden te vormen op de halfge-15 leider waarin minimum kenmerkafmetingen onder een bepaalde resolutiegrens of kritische afmeting (critical dimension, CD) opgenomen zijn. Momenteel bereiken de kritische afmetingen 65 nanometer en minder.

Immersielithografie is een nieuwe vooruitgang op het 20 gebied van de fotolithografie waarbij de belichtingsprocedure uitgevoerd wordt met een vloeistof die de ruimte vult tussen het oppervlak van de wafer en de lens. Gebruikmakend van immersiefotolithografie kan een grotere numerieke apertuur ingebouwd worden in vergelijking met lenzen in lucht, hetgeen 25 resulteert in een verbeterde resolutie. Verder verschaft immersie een betere focusdiepte (depth-of-focus, DOP) voor het printen van steeds kleinere kenmerken.

De immersiebelichtingsstap kan gedeïoniseerd water of een ander geschikt immersiebelichtingsfluïdum gebruiken in de 30 ruimte tussen de wafer en de lens. Hoewel de belichtingstijd kort is, kan de combinatie van het fluïdum van de fotoresist (resist) leiden tot tot op heden onvoorspelbare problemen. Deeltjes die aanwezig zijn op een rand van de wafer die wordt I032210 2 belicht, kunnen bijvoorbeeld contact maken met het immersie-belichtingsfluïdum en/of met de lens, waardoor defecten veroorzaakt worden op de wafer.

US 2005/0000652 beschrijft een toestel voor het reinigen 5 van de rand van een halfgeleider substraat, waarbij een waferrand geëtst wordt en resterende deeltjes verwijderd worden door een borstelinrichting.

US 6,114,254 beschrijft een werkwijze voor het verwijderen van vervuilende deeltjes van een halfgeleider wafer, 10 waarbij een randverdikking wordt verwijderd door een solvent en een reinigende oplossing gebruikt wordt om restmaterialen van de omtrek te verwijderen.

Het is wenselijk om de deeltjes, zoals deze die teruggevonden worden op de rand van een wafer, te verminderen, om de 15 globale processing kwaliteit te verbeteren. Dit is belangrijk in verschillende processen, zoals in een immersielithografie-proces.

Daartoe onderscheidt de uitvinding zich door een werkwij-ze volgens conclusie 1, volgens conclusie 10 en volgens con-20 clusie 16.

KORTE BESCHRIJVING VAM DE TEKENINGEN

De onderhavige uiteenzetting zal beter worden begrepen uit de volgende gedetailleerde beschrijving wanneer deze 25 gelezen wordt samen met de figuren in bijlage. Het wordt benadrukt dat verschillende kenmerken niet op schaal getekend zijn in overeenstemming met de gebruikelijke praktijk in de industrie. De afmetingen van de verschillende kenmerken kunnen in werkelijkheid op willekeurige wijze vergroot of ver-30 kleind zijn om de bespreking ervan duidelijker te maken.

Figuur 1 is een stroomschema van een procesverloop gebruikmakend van een proces voor het reinigen van de waferrand volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

3

Het procesverloop kan bijvoorbeeld een immersielithografie-proces zijn.

Figuur 2 is een schematisch aanzicht van een immersielithograf iesysteem .

5 Figuur 3 is een aanzicht van de halfgeleiderwafer die behandeld is in het immersielithografiesysteem van figuur 2 en die hinder ondervindt van één of meer defecten.

Figuren 4-6 zijn aanzichten van verschillende processen voor het reinigen van een waferrand volgens één of meer uit-10 voeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

De onderhavige uiteenzetting heeft algemeen betrekking op de fabricage van halfgeleiderinrichtingen, en meer in het 15 bijzonder op een werkwijze en systeem voor het verwijderen van deeltjes van een halfgeleidersubstraat. Men zal echter begrijpen dat specifieke uitvoeringsvormen getoond worden als voorbeelden om het breder inventief concept aan te leren, en dat de doorsnee vakman de leer van de onderhavige uiteenzet-20 ting gemakkelijk kan toepassen op andere werkwijzen en systemen. Men zal eveneens begrijpen dat de werkwijzen en systemen die besproken worden in de onderhavige uiteenzettingen bepaalde conventionele structuren en/of stappen omvatten. Aangezien deze structuren en stappen welbekend zijn in de tech-25 niek, zullen deze slechts op een algemeen gedetailleerd niveau besproken worden. Verder worden de verwijzingscijfers herhaald in de tekeningen omwille van gemak en duidelijkheidsredenen, en geeft een dergelijke herhaling geen enkele vereiste combinatie van kenmerken of stappen weer in de teke-30 ningen. Bovendien kunnen intermediaire lagen en/of processtappen gebruikt worden in de volgende beschrijving, zoals goed bekend is in de techniek, zonder af te wijken van het wezen van de uitvinding.

4

Verwijzend naar figuur 1 is een vereenvoudigd stroomschema van een uitvoeringsvorm van een waferfabricageproces dat resulteert in een verlaagd aantal deeltjes/defecten, aangeduid met het verwijzingscijfer 100. De uitvoering begint in 5 stap 102 waar een organische polymeerfotoresist (resist) laag gevormd wordt over het oppervlak (bijvoorbeeld een dunne filmstapel) van een wafersubstraat. De resist kan een negatieve of een positieve resist zijn en kan vervaardigd zijn uit een nu bekend materiaal of uit een materiaal dat later 10 voor dit doel wordt ontwikkeld. De resist kan bijvoorbeeld een één-, twee- of multicomponenten resistsysteem zijn. Het aanbrengen van de resist kan gebeuren door afzetting door centrifugatie (spin coating) of door een andere geschikte procedure. Alvorens de resist aan te brengen, kan de wafer 15 eerst behandeld worden om deze voor te bereiden voor het fotolithografieproces. De wafer kan bijvoorbeeld gereinigd, gedroogd en/of gecoat worden met een adhesiebevorderend materiaal alvorens de resist aan te brengen. Ook kan een anti-reflectie bodemcoating (bottom anti-reflective coating, BARC) 20 laag aangebracht worden op de wafer alvorens de resist aan te brengen, en/of kan een bovenste anti-reflectie coating (top anti-reflective coating, TARC) laag aangebracht worden op de wafer nadat de resist is aangebracht.

In stap 104 wordt een solventepoeling uitgevoerd om de 25 resist te verwijderen bij de rand van de wafer (waarnaar wordt verwezen als "randverdikking", "edge-bead"). Dit proces helpt om te vermijden dat de resist verontreinigd wordt tijdens het belichtingsproces. Een conventioneel randverdik-kingsverwijderingsproces (edge-bead removal, EBR proces) 30 omvat de volgende paramaters die getoond zijn in tabel 1 hieronder. Het is een proces in twee stappen waarbij de eerste stap bestaat uit het spinnen van de wafer bij 1.000 toeren per minuut (TPM) gedurende 5 seconden. Tijdens deze stap 5 worden twee spuitstukken voor het afgeven van een solvent gepositioneerd op 1,5 mm van de waferrand, een eerste spuit-stuk voor het voorvlak van de wafer, en het andere spuitstuk voor het achtervlak van de wafer. Men begrijpt dat de termen 5 "voor" verwijzen naar de zijde van de wafer waarop de resist aangebracht is, en dat "achter" verwijst naar de tegenovergestelde zijde.

Stap T.P.M. Tijd (sec) Spuitstukpositie (ram) Pluidumafgifte 10 1 1000 5 1.5 Voor en achter 2 1000 5 - geen (droog spinnen)

In een andere uitvoeringsvorm kan een verbeterd EBR proces zoals het proces dat getoond is in de opgenomen US aanvrage met serienummer 60/695,826 gebruikt worden.

15 In stap 106 wordt een proces voor het reinigen van de waferrand uitgevoerd. Het proces voor het reinigen van de waferrand wordt uitgevoerd nadat het EBR proces is uitgevoerd om deeltjes die achtergelaten zijn door het EBR proces te verwijderen. Het proces voor het reinigen van de waferrand 20 kan mechanische en/of chemische stappen omvatten, zoals hieronder in meer detail wordt besproken.

In stap 108 kan een bijkomende behandeling uitgevoerd worden. Een voorbeeld van een proces dat voordeel kan halen uit de onderhavige uitvinding is een immersielithografiepro-25 ces. Ter bevordering van dit voorbeeld worden de wafer en de resist (en elke andere laag) ondergedompeld in een immersie-belichtingsvloeistof zoals gedeioniseerd water en belicht met een stralingsbron. De stralingsbron kan een UV-lichtbron, bijvoorbeeld een cryptonfluoride (KrF, 248 nm), een argonflu-30 oride (ArP, 193 nm) , of een P2 (157 nm) excimere laser zijn. De wafer wordt blootgesteld aan de straling gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode, welke afhankelijk is van het type resist dat wordt gebruikt, van de intensiteit van de 6 UV-lichtbron, en/of van andere factoren. De belichtingstijd kan bijvoorbeeld gaan van ongeveer 0,2 seconden tot ongeveer 30 seconden. Na belichting wordt een postbelichtingsbakken {post exposure bake, PEB) uitgevoerd voor het splitsen van de 5 polymeren, en wordt een ontwikkelingsproces gebruikt om de patroonvorming van de resistlaag te voltooien.

Verwijzend naar figuur 2 is een halfgeleiderwafer 10 een voorbeeld van een voorwerp dat behandeld kan worden door het proces 100 waarnaar hierboven wordt verwezen. De wafer 10 10 heeft een substraat 12 en een patroonvormingslaag 14. Het substraat 12 kan één of meer lagen omvatten, waaronder een poly-, metaal-, en/of diëlektrische laag, in welke lagen men een patroon wenst te vormen. De patroonvormingslaag 14 kan een fotoresist {resist) laag zijn die gevoelig is voor een 15 belichtingsproces voor het vormen van patronen. De patroonvormingslaag 14 wordt verwijderd van het substraat bij de waferrand 15. In de onderhavige uitvoeringsvorm worden dies 16 gevormd op de wafer. Hoewel niet vereist kan de wafer 10 een anti-reflectie bodemcoating (bottom anti-reflective coa-20 ting, BARC) laag en/of een anti-reflectie bovencoating (top anti-reflective coating, TARC) laag, evenals verscheidene andere lagen, omvatten.

Verwijzend naar figuur 2 wordt de wafer 10 in een conventioneel proces verschaft aan een immersielithografiesysteem 25 20 onmiddellijk na het EBR proces 104. Het immersielithogra- fiesysteem 20 omvat een lenssysteem 22, een immersiekop 24 voor het opnemen van een fluïdum 26 zoals gedeïoniseerd water, verschillende openingen 28 waardoor het fluïdum aan- en afgevoerd kan worden, en een houder (chuck) 30 voor het be-30 vestigen en bewegen van de wafer 10 ten opzichte van het lenssysteem 22. De chuck 30 omvat verder een structuur 32 voor het opnemen van een fluïdum 26. In figuur 2 zijn het lenssysteem 22 en de immersiekop 24 nabij de rechterrand 15 7 van de wafer 10 gepositioneerd. Men zal begrijpen dat de lens 22 en de wafer 10 een relatieve beweging ondergaan zodanig dat de lens de resistlaag 14 over de volledige wafer kan belichten.

5 Hoewel niet bedoeld om beperkend te zijn, vindt een fout mechanisme plaats voor het veroorzaken van defecten tijdens een conventioneel immersielithografieproces wanneer deeltjes achterblijven na het EBR proces 104. Als voorbeeld bestaan deeltjes 40a op de rand van de wafer 10 onmiddellijk na het 10 EBR proces 104. De deeltjes die nu aangeduid zijn met 40b mengen zich met het immersiebehandelingsfluïdum 26 tijdens de lithografie. De deeltjes die nu aangeduid zijn met 40c slaan neer of wijzigen op een andere wijze de wafer 10 op verschillende locaties. Eveneens verwijzend naar figuur 2 kan het 15 deeltje 40c de die 16 verontreinigen, waardoor mogelijk fouten worden veroorzaakt. De deeltjes 40 kunnen dan defecten veroorzaken op de wafer 10, zoals algemeen bekend is in de techniek.

Opnieuw verwijzend naar het proces 100 van figuur 1 wordt 20 de hoeveelheid deeltjes 40a die bestaan op de rand van de wafer 10 verminderd of geëlimineerd door het proces voor het reinigen van de waferrand 106 dat plaatsvindt voorafgaand aan het immersielithografieproces 108. Bijgevolg komen er geen of weinig deeltjes 40c terecht in het inwendige van de wafer 10 25 (bijvoorbeeld in de die 16). Verschillende uitvoeringsvormen van het proces 106 voor het reinigen van de waferrand worden hieronder beschreven met verwijzing naar figuren 4-6. Kenmerken van één uitvoeringsvorm kunnen uitwisselbaar gebruikt worden samen met andere uitvoeringsvormen om nog meer uitvoe-30 ringsvormen te creëren, zoals hieronder wordt besproken.

Nu verwijzend naar figuur 4 kan in één uitvoeringsvorm een mechanische schrobber/reiniger 44 gebruikt worden om de rand 15 van de wafer 10 te reinigen. In de onderhavige uit- 8 voeringsvorm omvat de schrobber/reiniger 44 een kop 46 die vervaardigd kan zijn uit één of meer verschillende materialen- Voorbeelden omvatten mohair, polyvinylacetaat (PVA), spons, en vezels. Bijgevolg worden deeltjes 40a verwijderd 5 van de wafer 10. De deeltjes 40a kunnen algemeen weggevoerd worden zoals geïllustreerd in de figuur, of kunnen geabsorbeerd worden in de schrobber/reiniger 44.

Bij een uitvoeringsvorm roteert de kop 46 van de schrobber/reiniger 44 rond een as 48 in een richting 50. De 10 wafer 10 kan stationair zijn of kan eveneens roteren. De wafer 10 kan bijvoorbeeld rusten op een chuck 52 en roteren in een richting die tegenovergesteld is aan of overeenkomt met de richting 50 van de schrobber/reiniger. Een pijl 54 toont het roteren van de wafer 10 in een richting die over-15 eenkomt met de richting 50 van de schrobber/reiniger. In een verdere uitvoeringsvorm kunnen de wafer 10 en de schrobber/ reiniger 44 roteren bij dezelfde hoeksnelheid en in overeenstemmende richtingen zodanig dat de schrobber/reiniger een minimale tegenovergestelde beweging heeft met de waferrand 20 15.

In sommige uitvoeringsvormen kan de schrobber/reiniger 44 één of meer chemische oplossingen omvatten, zoals gedeïoni-seerd water, ozon (03), waterstofperoxide (H202), ammoniumhy-droxide en H202 (SCI), of een oppervlakte-actieve stof.

25 Nu verwijzend naar figuur 5 kan in een andere uitvoeringsvorm een energie-gebaseerd of golf-gebaseerd mechanisme gebruikt worden om de rand 15 van de wafer 10 te reinigen. In de onderhavige uitvoeringsvorm wordt een mega-sonische vermogens-bron 56 toegepast op de waferrand 15. Bijgevolg worden de 30 deeltjes 40a verwijderd van de wafer 10. In een verschillende uitvoeringsvorm kan de wafer 10 geroteerd worden of stationair zijn.

9

Nu verwijzend naar figuur 6 kan in een andere uitvoeringsvorm een fluïdum en/of chemisch proces gebruikt worden om de rand 15 van de wafer 10 te reinigen. In de onderhavige uitvoeringsvorm wordt de wafer 10 op de chuck 52 geplaatst, 5 welke chuck aangedreven wordt door een motor 58, evenals één of meer spuitstukken 60, 62. De twee spuitstukken 60, 62 zijn rond een inwendig deel van de waferrand 15 gepositioneerd, bijvoorbeeld ongeveer 1,5 mm van de buitenste rand van de wafer. Het spuitstuk 60 is geïllustreerd als zijnde loodrecht 10 gericht op het bovenvlak van de wafer 10, terwijl het mondstuk 62 geïllustreerd is als zijnde onder een hoek geplaatst. Men begrijpt dat verschillende hoeken gebruikt kunnen worden voor beide spuitstukken 60, 62 in verschillende uitvoeringsvormen .

15 De spuitstukken 60, 62 worden gebruikt om respectievelijk een fluïdum 60a, 62a te verspreiden. Vele verschillende fluïda zijn mogelijk, waaronder gedeïoniseerd water, 03, SCI, een oppervlakte-actieve stof, en/of lucht. De spuitstukken 60, 62 kunnen eveneens fluïda verspreiden die van elkaar 20 verschillen en/of op verschillende ogenblikken verschillende fluïda spuiten.

Zoals hierboven besproken kunnen verschillende combinaties van de hierboven beschreven waferrandreinigingsprocessen gebruikt worden. De reiniger/schrobber 44 kan bijvoorbeeld 25 gebruikt worden samen met de mega-sonische vermogensbron 56, of sequentieel aan de mega-sonische bron 56 gebruikt worden. Als een verder voorbeeld kan de reiniger/schrobber 44 gebruikt worden, waarna het mega-sonisch vermogen 56 aangelegd wordt tijdens een reinigingsproces voor de reiniger/ 30 schrobber, en vervolgens kan de reiniger/schrobber opnieuw gebruikt worden. In een ander voorbeeld kan het mega-sonisch vermogen 56 gebruikt worden samen met de chemische reiniging van de spuitstukken 60, 62.

10

Hoewel slechts een aantal uitvoeringsvoorbeelden van deze uitvinding in detail hierboven werden beschreven, zal de vakman begrijpen dat vele wijzigingen mogelijk zijn in de uitvoeringsvoorbeelden zonder inhoudelijk de nieuwe leer en 5 voordelen van deze uitvinding te verlaten. Men zal begrijpen dat verschillende combinaties van de hierboven opgesomde behandelingsstappen gebruikt kunnen worden volgens verschillende sequenties of in parallel, en er is geen bijzondere stap die kritisch of vereist is. Ook kunnen kenmerken die 10 hierboven geïllustreerd en besproken zijn met verwijzing naar een bepaalde uitvoeringsvorm gecombineerd worden met kenmerken die hierboven geïllustreerd en besproken zijn voor andere uitvoeringsvormen. Dienovereenkomstig is het de bedoeling dat al deze wijzigingen binnen de beschermingsomvang van de uit-15 vinding vallen.

In een uitvoeringsvorm wordt een werkwijze voor het behandelen van een halfgeleiderwafer verschaft. De werkwijze omvat het voorzien van een laag materiaal op een oppervlak van de halfgeleiderwafer en het uitvoeren van een randverdik-20 kingsverwijderingsproces om een deel van het resist te verwijderen van een buitenrand van de halfgeleiderwafer. Daarna wordt een proces voor het reinigen van de waferrand gebruikt om de overtollige deeltjes die achtergebleven zijn na het randverdikkingsverwijderingsproces te verwijderen. Deze werk-25 wijze kan gebruikt worden voorafgaand aan verschillende processtappen, zoals een immersielithografieproces.

In sommige uitvoeringsvormen gebruikt het proces voor het reinigen van de waferrand een mechanische randreiniger. De mechanische randreiniger kan een kop hebben die mohair en/of 30 polyvinylacetaat (FVA) bevat.

In sommige uitvoeringsvormen gebruikt het proces voor het reinigen van de waferrand een chemische randreiniger. De chemische randreiniger kan ozon (03), waterstofperoxide 11 (H202), ammoniumhydroxide NH202 (SCI), en/of een oppervlak-te-actieve stof, gebruiken.

In sommige uitvoeringsvormen gebruikt het proces voor het reinigen van de waferrand gedeioniseerd water.

5 In uitvoeringsvormen van de uitvinding gebruikt het pro ces voor het reinigen van de waferrand golven van een externe vermogensbron, zoals een mega-sonische golf.

η λ 2 21 0

Claims (19)

1. Werkwijze voor het behandelen van een halfgeleiderwa- fer, omvattende: 5 het aanbrengen van een laag materiaal op een oppervlak van de halfgeleiderwafer; het uitvoeren van een proces voor het verwijderen van een randverdikking, om een deel van het materiaal van een buitenrand van de halfgeleiderwafer te verwijderen; en 10 het uitvoeren van een proces voor het reinigen van de waferrand na het proces voor het verwijderen van de randverdikking, met het kenmerk, dat het proces voor het reinigen van de waferrand uitgevoerd wordt gebruikmakend van golven van een externe vermogensbron.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, verder omvattende; het uitvoeren van een fluidumimmersieproces na het proces voor het reinigen van de waferrand.

3. Werkwij ze volgens conclusie 2, waarbij het materiaal een fotoresist is en het fluidumimmersieproces een immersie- 20 lithografieproces is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de stap voor het uitvoeren van het proces voor het reinigen van de wafer-rand het gebruiken van een mechanische randreiniger omvat.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de mechanische 25 randreiniger een kop omvat die tenminste een element van een groep bestaande uit mohair en polyvinylacetaat (PVA), bevat.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de stap voor het uitvoeren van het proces voor het reinigen van de wafer-rand het gebruik van een chemische randreiniger omvat.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de chemische randreiniger tenminste een element omvat uit de groep bestaande uit ozon (03), waterstofperoxide (H202), ammoniumhy-droxide NH202 (SCI), en een oppervlakte-actieve stof. i η τ o o 1 n

8. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de stap voor het uitvoeren van het proces voor het reinigen van de wafer-rand het gebruik van gedeïoniseerd water omvat.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de golven me-5 ga-sonische golven zijn.

10. Werkwijze voor het verwijderen van deeltjes, omvattende : het voorzien van een laag organische fotoresist op een oppervlak van een substraat; 10 het verwijderen van een deel van de fotoresist van een buitenrand van het substraat gebruikmakend van een solvent; en het reinigen van de buitenrand van het substraat gebruikmakend van een oplossing en gebruikmakend van golven van een 15 externe vermogensbron.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de oplossing gedeïoniseerd water is.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de oplossing een chemische stof omvat.

13. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de chemische stof een stof is uit de groep bestaande uit ozon (03), waterstofperoxide (H202), ammoniumhydroxide NH202 (SCI), en een oppervlakte-actieve stof.

14. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de golven 25 mega-sonisch zijn.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, waarbij het mega-sonisch vermogen en de oplossing gebruikt worden om de buitenrand van het substraat tegelijkertijd te reinigen.

16. Werkwijze voor het verwijderen van deeltjes van een 30 halfgeleiderwafer voorafgaand aan een immersielithografiepro- ces, welke werkwijze omvat: het aanbrengen van een laag organische fotoresist op een oppervlak van de halfgeleiderwafer; het verwijderen van een deel van de fotoresist van een buitenrand van de wafer gebruikmakend van een proces voor het verwijderen van een randverdikking; en het reinigen van de buitenrand van het substraat gebruik-5 makend van een schrobber/reiniger, en gebruikmakend van golven van een externe vermogensbron.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, waarbij de golven mega-sonisch zijn.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij het mega-10 sonisch vermogen afgewisseld wordt met de werking van de schrobber/reiniger.

19. Werkwijze volgens conclusie 16, verder omvattende: het reinigen van de buitenrand van het substraat gebruikmakend van gedeïoniseerd water of een chemische stof. 1032910