СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2002 года по МПК H01L21/306 

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно способы очистки поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Известен способ очистки поверхности от механических загрязнений, состоящий в обработке очищаемой поверхности струей сжатого углекислого газа - СО₂, который при расширении в пространство превращается в микрочастицы сухого льда и этими частицами эффективно очищает поверхность от механических частиц и органических примесей [1].

Однако он недостаточно эффективно очищает поверхность со сложным профилем от субмикронных частиц и неэффективен при чистке от загрязнений со сглаженным рельефом. Кроме того, углекислый газ хорошо растворяет в себе многие органические соединения, в том числе углеводороды, и его трудно от них очистить.

Недостатком этого способа является то, что после такой обработки поверхности не исключается ее загрязнение следами масел, содержащихся в СО₂, да и сам углекислый газ по своей химической природе является загрязняющей примесью при создании СБИС.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки поверхности с использованием криогенного аэрозоля, включающий помещение очищаемой пластины в высокочистую вакуумную камеру и обработку ее поверхности интенсивной струей сжиженных газов аргона и азота, находящихся при температуре, близкой к температуре плавления аргона. При этом происходит обработка поверхности аэрозолем жидкого азота и микрочастицами твердого аргона, которые эффективно очищают обрабатываемую поверхность от механических загрязнений, включая субмикронные частицы и полимерные остатки после реактивно-ионного травления (РИТ) [2]. Удаленные аэрозолем с пластины частицы и полимеры удаляются из камеры вместе с аэрозолем в откачную систему. Данный способ применяется при очистки поверхности кремниевых пластин от субмикронных частиц, органических осадков и пленок с высоким профилем, в том числе и от металлоорганических осадков после РИТ.

Недостатком этого способа является то, что он малоэффективен при очистке поверхности от органических микропримесей со сглаженным профилем.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в дополнительной очистке поверхности от органических микропримесей со сглаженным профилем. Данный технический результат достигается в способе очистки поверхности, включающем помещение очищаемой пластины в высокочистую вакуумную камеру и одновременную обработку очищаемой поверхности интенсивной струей криоаоэрозоля аргона и азота с примесью кислорода и ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются дополнительная обработка очищаемой поверхности ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм с введением в криоаэрозоль аргона и азота примеси кислорода.

Перечисленные отличительные признаки позволяют достичь указанного технического результата.

Процесс очистки поверхности происходит следующим образом. Очищаемую пластину помещают в вакуумную камеру и одновременно обрабатывают струей криоаэрозоля аргона и азота с примесью кислорода и ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм, которое не поглощается инертными газами и азотом и обладает энергией, достаточной для деструкции химических связей органических соединений, а в присутствии следов кислорода - в количествах, существенно не влияющих на ослабление интенсивности потока ультрафиолетового излучения на обрабатываемой поверхности, и для интенсивного окисления органических соединений. Поэтому такая дополнительная обработка приводит к очистки поверхности от органических примесей со сглаженным рельефом. Источник ультрафиолетового излучения может находится как непосредственно в вакуумной камере, так и за ее пределами. В последнем случае излучение от источника направляется на очищаемую пластину в камере через дополнительное окно, выполненное из прозрачного для применяемых длин волн материала, например сапфира, фторида кальция, фторида магния. В качестве источника ультрафиолетового излучения могут быть применены эксимерные лазеры с длиной волны менее 200 нм, ламповые источники интенсивного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 200 нм (например, дейтеривые разрядные лампы, ртутные лампы низкого давления с кварцевой оболочкой), либо данное ультрафиолетовое излучение может формироваться непосредственно в камере путем инициирования в остаточных газах высокочастотного разряда от индуктора, расположенного в камере либо за ее пределами, например на дополнительном кварцевом стакане, герметично закрепленном на поверхности камеры над столиком.

Пример реализации способа.

На химически отмытые кремниевые пластины наносился 1% раствор фоторезиста S1813 в ацетоне. Затем пластины высушивали при 100^oС 1 мин на горячей плите. Подготовленные пластины делили на шесть групп. Первая группа пластин анализировалась на присутствие углерода методом "вторично-ионной масс-спектрометрии" (ВИМС). Пластины из второй группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась турбомолекулярным насосом. Затем пластины обрабатывалась распыляемой струей криоаэрозоля, состоящего из капель жидкого азота с примесью частиц твердого аргона (10%), при непрерывной откачке, и обработанный участок пластины анализировали на присутствие углерода методом ВИМС. Пластины из третьей группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась турбомолекулярным насосом. Затем пластины обрабатывалась распыляемой струей жидкого азота с примесью аргона (10%) и кислорода (1%) при непрерывной откачке, и обработанный участок пластины анализировали на присутствие углерода методом ВИМС. Пластины из четвертой группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась и заполнялась аргоном. Затем центральная часть пластин обрабатывалась ВУФ излучением от дейтериевой лампы мощностью 350 Вт и распыляемой струей криоаэрозоля, состоящего из капель жидкого азота с примесью частиц твердого аргона (10%), при непрерывной откачке. Обработанный участок пластины анализировался на присутствие углерода методом ВИМС. Пластины из пятой группы помещали на столик в вакуумную камеру. Камера откачивалась. Затем центральная часть пластин обрабатывалась ВУФ излучением от дейтериевой лампы мощностью 350 Вт и распыляемой струей криоаэрозоля, состоящего из капель жидкого азота с примесью частиц твердого аргона (10%) и газообразного кислорода (1%), при непрерывной откачке. Обработанный участок пластины анализировался на присутствие углерода методом ВИМС. Во всех экспериментах струя распыляемых газов подавалась на поверхность пластины под углом, близким к 45^o. Продолжительность обработки ВУФ излучением и струей криоаэрозоля составляла пять минут. Шестую группу пластин отмывали от следов фоторезиста в ацетоне, подвергали жидкостной химической обработке в КАРО+ПАР и анализировали при присутствии углерода методом ВИМС. Основные результаты ВИМС-анализа приведены в таблице. Как вино из таблицы, поверхность пластин из первой группы покрыта углеродом с относительной интенсивностью сигнала на уровне 10¹⁷. Поверхность пластин из шестой группы имеет концентрацию углерода на поверхности, которую можно характеризовать как фоновую. Пластины из второй группы имеют меньшую концентрацию углерода по сравнению с пластинами из первой группы (на уровне 10¹⁴), примерно такую же концентрацию углерода имеют и пластины из третьей группы. Пластины из четвертой группы имеют много меньшую концентрацию углерода на поверхности (относительная интенсивность сигнала углерода 10¹⁰), а пластины из пятой группы имеют среднюю концентрацию углерода на поверхности минимальную из всех групп пластин, кроме пластин из четвертой группы, т.е. наибольшую степень очистки.

ЛИТЕРАТУРА
1. Аналог: Stuart A. Hoenig / Cleaning Surfaces with Dry lce//Compressed Air Magazine, August 1986, p.22-24.

2. Прототип: McDermott W.T., Ockovic R.C., Wu J.J., Cooper D.W., Snwarz A. , Wolfe H.L. Патент EP 0461476 А2 от 29.05.91, H 01 L 21/306, приоритет 05.06.90, US 534810.

Использование: в микроэлектронике для очистки поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем. Сущность: помещают очищаемую пластину в вакуумную камеру и обрабатывают поверхность пластины интенсивной струей криоаэрозоля азота и аргона, с добавками примеси кислорода в присутствии ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 200 нм. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности очистки от органических примесей поверхности со сглаженным рельефом. 1 табл.

Способ очистки поверхности включающий помещение очищаемой пластины в вакуумную камеру и обработку поверхности пластины интенсивной струей криоаэрозоля азота и аргона, отличающийся тем, что в криоаэрозоль азота и аргона вводят примесь кислорода и подвергают очищаемую поверхность одновременно с обработкой струей криоаэрозоля обработке ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм.