TWI810357B - 基板處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供處理基板的方法。該方法包含接收一基板。該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面。該方法亦包含在該前側表面的一第一環形區域中形成一第一材料,以使該第一環形區域被塗佈以該第一材料。該第一環形區域係緊鄰該基板的一周邊。該第一環形區域具有一第一外周邊以及一第一內周邊,該第一外周邊係靠近該基板的該周邊,該第一內周邊係遠離該基板的該周邊。該方法亦包含在該前側表面的一內部區域中形成一第二材料,該第二材料塗佈該前側表面而不附著於該環形區域。
Description
[相關申請案之交互參照]本申請案係主張美國臨時申請案第62/726,605號的優先權,該優先權基礎案係申請於2018年9月4日,其整體內容乃藉由參考文獻方式合併於此。
本揭露內容係關於半導體晶圓的微加工。
矽晶圓被處理以製造積體電路與其他半導體裝置。半導體加工係涉及下列許多不同步驟:晶圓的沉積、成長、圖案化、移除、以及清理。各種不同材料被添加並且移除或部分地移除,而留下其他材料。各種製程控制試圖防止缺陷性(defectivity)與汙染。
上述先前技術說明係為了大致呈現本揭露內容背景之目的。在此先前技術段落中所述之發明人之工作、以及不可以其他方式認定為申請時之先前技術的實施態樣敘述皆不被明示或暗示地承認為針對本發明之先前技術。
在一實施態樣中,該方法包含接收一基板。該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面。該方法亦包含在該前側表面的一第一環形區域中形成一第一材料,以使該第一環形區域被塗佈以該第一材料。該第一環形區域係緊鄰該基板的一周邊。該第一環形區域具有一第一外周邊以及一第
一內周邊,該第一外周邊係靠近該基板的該周邊,該第一內周邊係遠離該基板的該周邊。該方法亦包含在該前側表面的一內部區域中形成一第二材料,該第二材料塗佈該前側表面而不附著於該環形區域。
在一實施態樣中,該方法包含接收一基板。該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面。該方法亦包含在該前側表面的一第一環形區域中形成一第一材料,以使該第一環形區域被塗佈以該第一材料,該第一環形區域係緊鄰該基板的一周邊,該第一環形區域具有一第一外周邊以及一第一內周邊,該第一外周邊係靠近該基板的該周邊,該第一內周邊係遠離該基板的該周邊;以及在該前側表面的一內部區域中形成一第二材料,該第二材料塗佈該前側表面而不附著於該環形區域。
在一實施態樣中,該方法包含接收一基板,該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面;使一氟化自組裝單層塗膜沉積在該基板之該前側表面的一周圍邊緣上,而不將該氟化自組裝單層塗膜分配在該前側表面的內部表面上,該周圍邊緣係緊鄰該基板的一周邊;以及使一第二材料沉積在該前側表面的該等內部表面上並且同時旋轉該基板,該旋轉步驟使該第二材料覆蓋該前側表面,但該氟化自組裝單層塗膜防止該第二材料附著於該前側表面的該周圍邊緣。
吾人注意到,本發明內容段落並非具體載明本揭露內容或所請發明之每一實施例及/或所增加的新穎態樣。相反地,本發明內容僅提供不同實施例及優於習知技術之對應新穎性的初步論述。關於本發明及實施例的額外細節及/或可行態樣,讀者可將注意力轉向如下所進一步論述之本揭露內容的實施方式段落與對應之圖式。
100:基板
102:前側表面
104:背側表面
106:側邊緣表面
108:邊緣區域
110:中央區域
200:系統
202:分配噴嘴
300:SAM
302:頭部
304:可裂解基
306:尾部
402:分子
404:分子
406:分子
408:分子
500:方法
502:步驟
504:步驟
506:步驟
藉由參考以下結合隨附圖式所考量的詳細說明內容,本揭露內容的更完整理解及其伴隨的諸多優點在變得更受人所瞭解時則將輕易地被獲得,其中:圖1係顯示依照一範例之用以在基板上沉積保護膜之系統的示意圖;圖2係顯示依照一範例之基板的示意圖;圖3係顯示依照一範例之示範自組裝單層(SAM,self-assembled monolayer)結構的示意圖;圖4係顯示依照一範例之SAM之示範分子的示意圖;以及圖5係依照一範例之藉由使用自組裝單層塗膜防止金屬汙染之方法的流程圖。
現在參考圖式,其中遍布於數個視圖,相似的參考符號係標出相同或對應的部分,以下說明內容係關於藉由使用自組裝單層塗膜防止金屬汙染的系統與相關方法論。在此所述之技術提供塗佈製程,其能夠使用含金屬材料並且同時防止因這些材料所引起的汙染、缺陷性、以及不必要膜成長。技術包含選擇性地塗佈自組裝單層(SAM)以作為阻擋層。
對應用含有金屬的先進光圖案化材料與蝕刻中止層而言,半導體晶圓上的金屬汙染係一個特別的挑戰。這些含金屬材料係有利於在晶圓上產生高解析圖案,並且能夠達成在光微影範圍內的三維邏輯、極限紫外光微影(EUV,extreme ultraviolet lithography)、以及其他先進圖案化方案。然而,因為汙染的潛在性,所以使用含金屬材料係具有挑戰性的。
存在有用以限制金屬汙染的單一與多模組法,其係藉由透過加法與減法兩者而選擇性地阻擋金屬粒子與含金屬光材料(例如含有光阻、背部抗反射塗膜(BARC,back anti-reflective coatings)、金屬硬遮罩(MHM,metal hardmask)之材料)的附著。對此製程的額外影響係試圖使用目前可用於生產之習知材料來提供更清潔的邊緣製程,以改善位在晶圓之邊緣與背側的缺陷性。
用以控制邊緣與背側缺陷性的習知技術在防止材料累積方面不太有效。例如,產生犧牲層的邊緣塗佈可能導致在晶圓上留下缺陷性。此外,不太有效的旋塗材料塗佈可能造成邊緣塗佈阻障,此可能會破壞塗佈性能。
然而,在此所述之技術提供塗佈製程,其能夠使用含金屬材料並且同時防止因這些材料所引起的汙染。於此,在一實施例中,將類鐵氟龍(Teflon-like)SAM(自組裝單層)直接分配在待保護而免於受金屬與缺陷影響的晶圓之前側的周圍邊緣或環形區域上。可使用設置在基板之邊緣區域上方的噴嘴來分配材料,或者可使用邊緣珠粒移除硬體。
某些SAM可被產生而具有非潤溼表面,此防止液體的附著。此種表面可被描述成疏水性。具體而言,此種表面可具有在抗水或防止水與包含若干溶劑之某些其他液體的附著之範圍內的表面接觸角。
因此,在此之技術包含用以在半導體基板(晶圓)之選擇部分上形成保護膜的方法。在一實施例中,如進一步在下文中所述,將特定的SAM塗佈在基板上。
圖1係顯示依照一範例之用以在基板100上沉積保護膜之系統200的示意圖。系統200可包含分配噴嘴202。基板100可包含前側表面102(即,工作表面)、背側表面104、以及側邊緣表面106。在一範例中,基板100為盤狀並且相對地薄。分配噴嘴202係設置靠近前側表面102的邊緣區域108。系統200亦可包
含基板支架(未顯示)及/或用以固定且可旋轉基板的旋轉卡盤、處理腔室、以及設置以控制系統200之一或多個構件的控制器。
基板100的俯視圖係顯示於圖2中。前側表面102的邊緣區域108為一環形區域,其係從該前側表面的周邊朝向該前側表面的中心點延伸一預定距離。該預定距離可在1mm到5mm的範圍內。此環形區域或第一環形區域可緊鄰基板的周邊。第一環形區域具有第一外周邊以及第一內周邊,該第一外周邊係靠近基板的周邊,該第一內周邊係遠離基板的周邊。在一範例中,邊緣區域108係相當於未建置主動裝置的區域。換言之,就圓形基板而言,噴嘴係設置在外邊緣(即,外周圍表面)或其上方。
可將用於邊緣珠粒移除的噴嘴與設備使用作為在此之分配噴嘴。邊緣珠粒為較厚材料的層,其係在塗佈製程期間累積在基板100的邊緣。例如,當以光阻來塗佈基板時,使液態光阻沉積在旋轉晶圓的中心點或其附近。接著,光阻朝向基板的外邊緣散開而覆蓋工作表面。當光阻到達基板的邊緣時,材料可在邊緣累積。此材料累積可能會妨礙後續的製程,因此移除此光阻材料的珠粒係有利的。邊緣珠粒移除噴嘴可將溶劑分配或噴灑在此外邊緣上,以自外邊緣將材料累積移除或將材料整個移除。此種硬體能夠可選地被修改,以將塗佈材料分配到基板之工作表面的邊緣上。
之後從分配噴嘴202將第一材料沉積到前側表面102的邊緣區域108(第一環形區域)上,並且同時旋轉基板100。此使得基板100的邊緣區域108被塗佈以第一材料。如進一步在下文中所述,此種第一材料可為自組裝單層、氟化材料(例如碳氟化合物層)、或造成疏水性表面的其他材料。可以液體或蒸氣方式來沉積第一材料。此種疏水性表面將會防止後續材料的附著。例如,SAM係藉由蒸氣製程或溶液製程所形成。在SAM的區域選擇性沉積之後,前側表面102能夠可選地被清理,以移除可能未附著的任何剩餘粒子。
在一範例中,邊緣區域可具有非圓形狀。
將第二材料沉積到前側表面102的中央區域110(內部區域)上,並且同時旋轉基板100。第二材料塗佈前側表面102而不附著於前側表面102的邊緣區域108或環形區域。因此,各種材料可被沉積而不留在基板100的邊緣區域108上。這些材料可包含光阻以及含金屬膜。在沉積第二材料之後,在下一個處理步驟之前,基板100能夠可選地被清理。
在此所述之技術可包含控制SAM沉積與SAM移除的量。注意到,各種材料可用於實施在此所述之技術。光催化製程可用於SAM移除(例如使用360nm波長的UV裂解)。SAM可被沉積成單層或雙層(例如在沉積一SAM層之後,沉積另一SAM層或材料層)。此外,可修改SAM的接觸角以改變SAM與基板100之表面之間的交互作用。
圖3係顯示在此可使用的示範材料。SAM 300為沉積在兩物質相位間之界面處的分子之組織化組件。一示範SAM300之設計可具有頭部302(或頭部基)、可裂解基304、以及尾部/抑制物質306(或尾部基)。頭部302被定向而朝向該界面,以及尾部306被定向而遠離該界面。
所沉積之SAM 300的厚度可依據應用而變化。針對某些應用而言,0.5nm到1.5nm的厚度為較佳。
頭部基302可為包含三氯單羥基二噻(Trichloro-Mono-Hydroxy-dithiolane)的任何適當化學物質。可裂解基304可以硝基苯甲基為基礎、以羰基為基礎、或以苯甲基為基礎。可裂解基304可根據波長而被加以選擇。
尾部基306可為相對長之惰性、線狀碳氫部分。尾部基306包含完全或部分氟化之碳氫鏈,其被定向而遠離該界面。尾部基306可包含2-30個碳長的烷類。尾部基306可包含額外分支並且具有不同形狀。
圖4進一步顯示在此可使用的示範分子。分子402與404為碳氫鏈。分子402係顯示2-硝基苯甲基,3-(11-羧基十一酸酯),5-十一烷的結構。分子404為2-硝基苯甲基-(11-三氯矽基)-十一酸酯。分子406與408係顯示氟化鏈的範例。尤其,分子406為2-硝基苯甲基,3-(11-氟羧基十一酸酯),5-十一烷。分子408為2-硝基苯甲基-(11-三氯矽基)-氟十一酸酯。
在一範例中,2-硝基苯甲基-11-(三氯矽基)-十一酸酯可如在下文中所述被加以合成。該反應較佳係在黑暗(dark)條件下被執行。例如,鋁箔可用以排除光參與該反應。
在第1步驟中,將2.0g(9.9mmol)的10-十一烯醯氯(undec-10-enoyl chloride)添加至1.68g(10.9mmol)之(2-硝基苯基)甲醇((2-nitrophenyl)methanol)的溶液。(2-硝基苯基)甲醇溶液係藉由將甲醇溶於0.88ml(10.9mmol)之吡啶與40ml之二氯甲烷的混合物中而獲得。該反應於室溫攪拌48h直到觀察到完全轉化為止。以用於移除過剩吡啶的3 x 20mL的5%氫氯酸溶液以及20mL的飽和碳酸氫鈉溶液來萃取有機層,然後透過硫酸鈉進行乾燥。在真空下移除溶劑,且接著執行使用環己烷/乙酸乙酯(8:1)的管柱分離,以進行產物純化。獲得2.63g的白色固體,其為理論產率的83%。
1H-NMR:(δ,400MHz,20℃,CDCl3):8.05(dd,1H,ph3);7.62(t,1H,ph4);7.57(d,1H,ph6);7.46(t,1H,ph5);5.76(m,1H,=CH-);5.48(s,2H,O-CH2-ph);4.91(dd,2H,CH2=);2.38(t,2H,-C2-(COO));2.00(q,2H,C9);1.63(quint,2H,C3);1.27(m,10H,C4-C8)ppm。
13C-NMR:(δ,125MHz,20℃,CDCl3):172.30(1C,COO);147.56(1C,ph2-NO2);137.13(1C,C10(C=C));135.20(1C,ph1);134.24(1C,ph5);128.36(2C,ph4,6);125.67(1C,ph3);115.15(1C,C11(C=C));63.76(1C,(COO)-CH2-ph);
34.05(1C,C9);34.00(1C,C2);29.27(1C,C8);29.18(1C,C7);29.07(1C,C6);29.04(1C,C5);28.87(1C,C4);24.93(1C,C3)ppm。
在第二步驟中,將1.0g(7.4mmol)的三氯矽烷添加至溶於5ml之二氯甲烷中的1.0g(3.1mmol)之10-十一烯酸2-硝基苯甲基酯(2-nitrobenzylundec-10-enoate)的溶液。使用六氯鉑酸(hexachloroplatinic acid)作為催化劑。該反應於室溫攪拌24小時直到觀察到完全轉化為止。
產出:1.38g的白色淡黃液體(理論產率的97.3%)。
1H-NMR:(δ,400MHz,20℃,CDCl3):8.05(dd,1H,ph3);7.59(t,1H,ph4);7.53(d,1H,ph6);7.43(t,1H,ph5);5.48(s,2H,(O-CH2-ph));2.35(t,2H,-C2-(COO));1.61(m,2H,C3);1.51(m,2H,C10);1.35(quint,2H,C11);1.28(m,12H,C4-C9)ppm。
13C-NMR:(δ,125MHz,20℃,CDCl3):173.12(1C,COO);147,64(1C,ph2-NO2);133.61(1C,ph6);132.23(1C,ph1);129.1(1C,ph4);128.73(1C,ph5);125.01(1C,ph3);62.76(1C,(COO)-CH2-ph);34.13(1C,C2);31.75(1C,C9);29.32(1C,C8);29.23(1C,C7);29.15(1C,C6);29.07(1C,C5);28.94(1C,4);24.84(1C,C3);24.27(1C,C11);22.23(1C,C10)ppm。
IR-資料(CaF2,cm-1):2925;2853;1742;1613;1578;1528;1447;1343。
圖5係依照一範例之用於防止金屬汙染之方法500的流程圖。在步驟502,將分配噴嘴設置靠近基板之前側表面的邊緣區域(例如圖2的邊緣區域108)。在一範例中,為了進行處理而準備基板。例如,可清理基板以移除任何汙染物。
在步驟504,從分配噴嘴將第一材料沉積到基板之前側表面的邊緣區域上。可沉積第一材料並且同時旋轉基板。選擇基板的旋轉速度以產生均
勻層(例如介於800rpm上至2200rpm之間)。在一範例中,第一材料為自組裝單層。第一材料可為氟化材料。第一材料經選擇而為疏水性。可以液體或蒸氣形式來分配第一材料。例如,使用十八烷基三氯矽烷(OTS,octadecyltrichlorosilane)或全氟癸基三氯矽烷(FDTS,perfluorodecyltrichlorosilane)溶液來形成SAM。可藉由電漿增強化學氣相沉積(PECVD,plasma enhanced chemical vapor deposition)或旋轉塗佈來形成碳氟化合物層。
在一實施例中,在基板之前側表面的第一環形區域中形成第一材料。該環形區域可具有靠近基板之周邊的第一外周邊。基板可包含第二環形區域,於此處沉積另一材料。
在一範例中,在進行步驟506之前可清理前側表面。
在一範例中,分配噴嘴可設置成將溶劑分配在基板之邊緣部分上,以作為邊緣珠粒移除製程的部分。
在步驟506,將第二材料沉積到前側表面的中央區域(或內部區域)上,並且同時旋轉基板。在一範例中,第二材料可為光阻及/或含金屬膜。在一範例中,可在不旋轉基板的情況下沉積第二材料。第二材料塗佈基板的前側表面而不附著於基板的第一環形區域或邊緣區域。
在一範例中,在步驟506之後清理基板。
如先前在此所述,因為在邊緣上所塗佈的SAM材料,所以含金屬材料的後續塗膜將不會附著於晶圓邊緣。在旋轉澆注(spin cast)含金屬材料的情況下,剩餘的液滴將被以習知半導體溶劑輕易沖掉,而在含金屬膜的情況下,表面被鈍化,並且在該位置上將不會發生ALD式反應所需之表面化學作用。
當然,如在此所述之不同步驟的討論順序乃係為了清楚之目的而呈現。一般而言,這些步驟可以任何適當之順序被加以執行。此外,雖然在此之不同特徵、技術、構造等等可能係在本揭露內容的不同地方被討論,但此係
意指每一個概念可彼此單獨實施或彼此結合實施。因此,吾人可以諸多不同方式來實現並看待本發明。
在先前的說明內容中,已提出具體細節,例如處理系統的特定幾何以及其中所使用之各種構件與製程的描述。然而,吾人應理解,在此之技術可在背離這些具體細節的其他實施例中被加以實現,以及此種細節係為了解釋之目的而非限制。在此所揭露之實施例已參照隨附圖式加以說明。同樣地,為了解釋之目的,已提出具體的數量、材料、以及構造,以提供徹底的理解。然而,實施例可在不具有此種具體細節的情況下被加以實現。具有實質相同功能構造的構件係藉由相似的參考符號加以表示,因此可省略任何多餘的描述。
各種技術已被描述成多個分離的操作,以促進理解各種實施例。描述的順序不應被認為係暗示這些操作必須順序相依。確實,這些操作不必以描述的順序被執行。所述之操作可以與所述之實施例不同的順序被執行。在額外的實施例中,可執行各種額外的操作及/或可省略所述之操作。
根據本發明,如在此所使用的「基板」或「目標基板」一般係指受到處理的物件。基板可包括裝置(尤其係半導體或其他電子裝置)的任何材料部份或結構,並且例如可為基底基板結構,如半導體晶圓、光罩、或在基底基板結構上或覆蓋於其上的層(例如薄膜)。因此,基板不限於圖案化或未圖案化的任何特定基底結構、下伏層或覆蓋層,而係考量包括任何此種層或基底結構、以及層及/或基底結構的任何組合。本說明內容或許參照特定種類的基板,但這僅係為了說明之目的。
本技術領域中具有通常知識者亦將瞭解到,可對以上所解釋之技術的操作做出諸多變化並且仍同時達到本發明之相同目的。此種變化係意欲由本揭露內容的範圍所涵蓋。就此而論,本發明之實施例的上述說明並非意欲限制。本發明之實施例的任何限制反而係呈現在下列請求項中。
100:基板
108:邊緣區域
110:中央區域
Claims (18)
- 一種處理基板的方法,該方法包含下列步驟:接收一基板,該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面;將一分配噴嘴設置靠近該前側表面的一邊緣區域,該前側表面的該邊緣區域為一環形區域,該環形區域係從該前側表面的一周邊朝向該前側表面的一中心點延伸一預定距離;從該分配噴嘴將一第一材料沉積到該前側表面的該邊緣區域上、且從該分配噴嘴將一第二材料沉積到該前側表面的該邊緣區域上,以使該基板的該邊緣區域被塗佈以該第一材料及該第二材料;以及將一第三材料沉積到該前側表面的一中央區域上,該第三材料塗佈該前側表面而不附著於該前側表面的該邊緣區域,其中該第一材料與該第二材料不同,其中該第一材料為一自組裝單層。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該自組裝單層的一可裂解基係以硝基苯甲基為基礎、以羰基為基礎、或以苯甲基為基礎。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該第一材料為一氟化材料。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該第一材料經選擇而為疏水性。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該第一材料被以液體方式分配。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該第一材料被以蒸氣方式分配。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,更包含在沉積該第一材料與該第二材料之後並且在沉積該第三材料之前,清理該前側表面。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該第三材料為一光阻。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該第三材料為一含金屬膜。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中該分配噴嘴亦設置成將溶劑分配在該基板的一邊緣部分上,以作為邊緣珠粒移除製程的部分。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,更包含在沉積該第三材料之後,清理該基板。
- 如請求項第1項之處理基板的方法,其中沉積該第一材料、該第二材料、與該第三材料並且同時旋轉該基板。
- 一種處理基板的方法,該方法包含下列步驟: 接收一基板,該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面;在該前側表面的一環形區域中形成一第一材料與一第二材料,以使該環形區域被塗佈以該第一材料與該第二材料,該環形區域係緊鄰該基板的一周邊,該環形區域具有一外周邊以及一內周邊,該外周邊係靠近該基板的該周邊,該內周邊係遠離該基板的該周邊;以及在該前側表面的一內部區域中形成一第三材料,該第三材料塗佈該前側表面而不附著於該環形區域,其中該第一材料與該第二材料不同,其中該第一材料為一自組裝單層。
- 如請求項第13項之處理基板的方法,其中該第一材料為一氟化自組裝單層。
- 如請求項第13項之處理基板的方法,其中該第一材料、該第二材料、與該第三材料係經由一分配噴嘴所沉積。
- 如請求項第15項之處理基板的方法,其中該第一材料被以液體方式分配。
- 如請求項第15項之處理基板的方法,其中該第一材料被以蒸氣方式分配。
- 一種處理基板的方法,該方法包含下列步驟:接收一基板,該基板具有一前側表面、一背側表面、以及一側邊緣表面; 使一第一材料沉積在該基板之該前側表面的一周圍邊緣上,而不將該第一材料分配在該前側表面的內部表面上,該第一材料為氟化自組裝單層塗膜,該周圍邊緣係緊鄰該基板的一周邊;使一第二材料沉積在該基板之該前側表面的該周圍邊緣上,而不將該第二材料分配在該前側表面的該等內部表面上;以及使一第三材料沉積在該前側表面的該等內部表面上並且同時旋轉該基板,該旋轉步驟使該第三材料覆蓋該前側表面,且該第一材料與該第二材料防止該第三材料附著於該前側表面的該周圍邊緣,其中該第一材料與該第二材料不同。
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