作为UV光栅或可调UV滤镜用于清洁半导体衬底的臭氧充气室 |
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申请号 | CN201180027801.1 | 申请日 | 2011-06-08 | 公开(公告)号 | CN102934199A | 公开(公告)日 | 2013-02-13 |
申请人 | 朗姆研究公司; | 发明人 | 耶-库恩·维克特·王; 尚-I·周; 贾森·奥古斯蒂诺; | ||||
摘要 | 一种具有内部充气室的 石英 窗,其通过向该充气室供应含臭 氧 的气体能运行作为光栅或者UV滤镜。能够调整该充气室内的压强以阻挡UV光透射进入所述脱气腔室中,或调整UV光通过所述窗的透射率。当排空所述充气室时,所述充气室使得进入所述脱气腔室的UV光的透射最大化。 | ||||||
权利要求 | 1.一种脱气腔室的石英窗,在该脱气腔室中使用含臭氧的气体在UV光照射下清洁半导体衬底,所述石英窗包括: |
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说明书全文 | 作为UV光栅或可调UV滤镜用于清洁半导体衬底的臭氧充气室 背景技术[0001] 在半导体衬底的等离子体处理过程中,其中半导体衬底暴露于含卤素的工艺气体,诸如含溴的残留物等工艺气体的残留物会保留在半导体衬底的表面上。这样的残留物会造成半导体衬底在下游的处理步骤中产生缺陷,并且会污染处理管线中的其他半导体衬底。因此,在脱气腔室中将这样的残留物从半导体衬底上去除是合乎期望的。发明内容 [0002] 一种脱气腔室的石英窗,在该脱气腔室中使用含臭氧的气体在UV光照射下清洁半导体衬底,该石英窗包括:底表面,顶表面以及在该底表面和顶表面之间延伸的侧壁;位于该顶表面和底表面之间的充气室(plenum);以及与该充气室流体连通的至少一个气体通道。该石英窗可安装在该脱气腔室的顶壁中的开口的上方。该充气室掩盖该石英窗的至少覆盖该开口的整个区域。可以用具有合适的臭氧分压的含臭氧的气体供应该充气室,以阻挡和/或调节通过该石英窗的UV光透射率。附图说明 [0003] 图1为根据一实施方式所示出的具有石英窗的脱气腔室的横截面示意图。 [0004] 图2为根据另一实施方式所示出的具有石英窗的脱气腔室的横截面示意图。 [0005] 图3所示为充气室中的臭氧分压与该充气室的高度的积与穿过该充气室的UV(波长254nm)的透射率的函数关系图。 具体实施方式[0006] 这里所描述的是一种石英窗,在该石英窗的上部表面和下部表面之间具有作为UV光栅或可调的UV滤镜运行的气体充气室。在一实施方式中,具有充气室的石英窗在外部尺寸和形状以及安装在脱气腔室上的方式与共同转让的美国的公布专利申请No.US-2011/0097900中的石英窗是相同的,其公开的内容通过引用并入本文。 [0007] 如图1所示,脱气腔室100包括由金属材料制成的真空腔室壁10,该金属材料如铝。石英窗130通过诸如多个夹具40等任何合适的装置被夹持在腔室壁10的顶壁,以便覆盖在该顶壁中的顶部开口,该开口比将在该腔室中进行清洁的诸如晶片等半导体衬底大。石英窗130优选由合成石英制成,因为其具有高的UV光透射率。合成石英通常是非双晶的(untwinned),并通过水热工艺在高压釜中产生。在石英窗130和腔室壁10之间的连续O形环35提供真空密封。UV灯组件80配置在石英窗130的上方,UV灯组件80包括多个平行的UV灯85。 [0008] 石英窗130被配置为安装在脱气腔室100的顶部,来自UV灯组件80的UV光能透过石英窗130进入脱气腔室100,同时臭氧气体流入脱气腔室100以从支承在脱气腔室100中的诸如300mm晶片之类半导体衬底50去除含卤素的残留物。 [0009] 在脱气腔室100中进行处理的期间,脱气腔室100通过真空泵60排空,并且半导体衬底50通过在腔室壁10中的装载门20传送以及放置在合适的支撑件上,如放置在多个衬底支撑销55上。含臭氧的气体流从臭氧源70流入脱气腔室100。该气体优选包含少量的氮气(例如,0.1至0.5wt%)。脱气腔室100中的气体压强优选维持从100毫乇至10乇,更优选从0.5至1.5乇,并且臭氧的分压优选为0.0005至1乇,更优选为0.0025至0.33乇,最优选从0.05至0.08乇。UV灯组件80通过石英窗130用优选波长为254nm和强度在2 0.05和5之间W/cm 的UV光照射半导体衬底50持续10秒至1分钟的一段时间。臭氧气体吸收UV光,并分解成O自由基(氧原子),该O自由基与半导体衬底50上的诸如溴或氯等含卤素的残留物反应。该反应的产物是气态的,并通过真空泵60从脱气腔室100排空。 [0010] 在将半导体衬底50运进和运出脱气腔室100的过程中,阻挡灯组件80的UV光进入脱气腔室100是合乎期望的。然而,为了减少处理衬底的延迟和防止UV灯85过早失效,合乎期望的是,将UV灯组件80中的UV灯85维持在开通状态,而不是针对每个衬底的运输将其开通和关闭。 [0011] 在如图1所示的第一实施方式中,在脱气腔室100中的石英窗130在其内部有充气室140。充气室140至少掩盖顶壁中的开口,来自UV灯组件80的UV光通过该开口进入腔室100。臭氧源70通过气体管线66连接到脱气腔室100,通过气体管线66的气体流可以通过阀65控制。脱气腔室100通过气体管线76连接到真空泵60的入口,通过气体管线76的气体流可以通过阀75控制。真空泵60的出口通过气体管线67连接到臭氧破坏单元 90。臭氧破坏单元90能运行以将流过其中的气体中的臭氧在释放该气体到大气中之前破坏(例如,将臭氧转换成氧气)。臭氧源70还通过气体管线167连接到另一真空泵61的入口,通过气体管线167的气体流可以由阀166控制。充气室140通过气体管线168连接到真空泵61的入口,气体管线168是管线167的分支,并且通过气体管线168的气体流可以由阀165控制。真空泵61的出口通过气体管线169连接到臭氧破坏单元90。 [0012] 可以用合适数量的含臭氧的气体供应充气室140,以便当脱气腔室100不需要UV光时,例如在运输衬底50进出脱气腔室100的过程中,有效地吸收来自UV灯85的UV光。当需要UV光进行脱气处理时,将充气室140抽空,以使来自UV灯85的UV光能通过石英窗 130并到达脱气腔室100的内部。这些阀可以是流量控制阀,其可以关闭或打开到阀位的一定范围,以控制通过阀的流率。控制器1000可运行以关闭阀166,165,65和75和调节阀 166,165,65和75的阀位,调整臭氧源70以及在充气室140和腔室100中的气体的压强。 [0013] 在如图2所示的第二实施方式中,在脱气腔室200内的石英窗230在其内部有充气室240。充气室240至少掩盖顶壁中的开口,来自UV灯组件80的UV光能够通过该开口进入腔室200。臭氧源70通过气体管线266连接到脱气腔室200,通过气体管线266的气体流可以由阀265控制。脱气腔室200通过气体管线276连接到真空泵260的入口,通过气体管线276的气体流可以由阀275控制。真空泵260的出口通过气体管线216连接到臭氧破坏单元90。臭氧源70还通过气体管线286连接到充气室240的入口,通过气体管线286的气体流可以由阀285控制。充气室240的出口通过气体管线296连接到泵260,通过气体管线296的气体流可以由阀295控制。 [0014] 可以用合适数量的含臭氧的气体供应充气室240,以便当脱气腔室200不需要UV光时,例如在运输衬底50进出脱气腔室200的过程中,有效地吸收来自UV灯85的UV光。当需要UV光进行脱气处理时,将充气室240排空,以使来自UV灯85的UV光能通过石英窗 230并到达脱气腔室200的内部。这些阀可以是流量控制阀,其可以关闭或打开到阀位的一定范围,以控制通过阀的流率。控制器1000可运行以关闭阀285,265,275和295,并调整阀285,265,275和295的阀位,调整臭氧源70以及在充气室240和腔室200中的气体的压强。 [0015] Beer-Lambart定律可以计算通过充气室140/240的UV光的透射率: [0016] (公式1) [0017] 其中I0是进入充气室140/240前的UV光的强度;It是通过充气室140/240透射的UV光的强度;P是在充气室140/240中的臭氧气体的分压;c是常数,对于具有254nm的波长的UV光,其为约130/atm/cm;并且d是充气室140/240的高度,UV光通过该高度到达腔室100/200的内部。 [0018] 图3为根据公式1示出的通过充气室140/240上的254nm波长的UV的透射率与P和d的积的相关性。x轴为P和d的积。y轴是254nm波长的UV光的透射率。根据图3和公式1,可以从充气室140/240的高度d和期望的透射率推导出充气室140/240中所需的臭氧分压P。例如,如果需要0.1%的透射率,高度d是1厘米,则所需的臭氧分压P为约40乇。P和d的积优选从4至53厘米·乇。包围充气室140/240的石英窗130/230的上壁和下壁具有足够的厚度以承受充气室140/240中的真空压强、腔室100/200中的真空压强以及压在该窗外面的大气压强之间的压强差。优选上壁和下壁每个都具有至少为5毫米的厚度,优选至少为9毫米的厚度。 [0019] 示例性的脱气过程的循环包括:(a)将半导体衬底50输送到脱气腔室100/200中;(b)用具有合适的臭氧分压(例如0.0005至1乇)的含臭氧的气体供应脱气腔室100/200的内部;(c)抽空充气室140/240;(d)使用由UV光组件80通过石英窗130/230导入到腔室中的UV光照射脱气腔室100/200内的含臭氧的气体以在该腔室中产生O自由基; (e)使在半导体衬底50上的含卤素的残留物与O自由基反应合适的一段时间(例如15秒至60秒)以形成挥发性副产物,并将该挥发性副产物从腔室中排出;(f)将含臭氧的气体供给到充气室140/240并通过控制器1000调整在充气室140/240内的臭氧的分压,以基本阻挡来自UV光组件80的UV光(例如,通过石英窗130/230的透射率不超过0.1%);(g)排空脱气腔室100/200;(h)将半导体衬底50输送出脱气腔室100/200;(i)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(h)。 [0020] 在第一实施方式中,控制器1000可以用于控制阀,以在上述示例性的脱气过程中将气体供应至脱气腔室100和充气室140以及将气体从脱气腔室100和充气室140排出。例如:(a)通过控制器1000关闭阀65,75和166,开通阀165,以提供含臭氧的气体到充气室 140,以及通过控制器1000调整在充气室140中的臭氧分压,从而基本阻挡UV光;(b)维持阀65关闭并通过控制器1000关闭阀165,打开阀75和166,以排空脱气腔室100;(c)将半导体衬底输送到脱气腔室100;(d)维持阀65关闭,维持阀166和阀75开通,并通过控制器 1000打开阀165,以排空充气室140;(e)维持阀75开通,并通过控制器1000关闭阀166和 165,打开阀65,以提供含臭氧的气体给脱气腔室100;(f)使用通过石英窗130/230的UV光照射脱气腔室100内的含臭氧的气体以产生O自由基;(g)使在半导体衬底上的含卤素的残留物与O自由基反应合适的一段时间(例如15秒至60秒)以形成挥发性副产物,并将该挥发性副产物从腔室100中排出;(h)维持阀166关闭,通过控制器1000关闭阀65,75,并打开阀165以提供含臭氧的气体到充气室140,以及通过控制器1000调整在充气室140内的臭氧分压,从而基本阻挡UV光;(i)维持阀65关闭,通过控制器1000关闭阀165,打开阀75和166,以排空脱气腔室100;)将半导体衬底输送出脱气腔室100;(k)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(j)。 [0021] 在第二实施方式中,控制器1000可以用于控制阀,以在上述示例性的脱气过程中将气体供应至脱气腔室200和充气室240,以及将气体从脱气腔室200和充气室240排出。例如:(a)通过控制器1000关闭阀265,打开阀275,285和295,以排空脱气腔室200以及提供含臭氧的气体到充气室240,并通过控制器1000调整在充气室240中的臭氧分压,从而基本阻挡UV光;(b)将半导体衬底输送到脱气腔室200;(c)通过控制器1000关闭阀285,维持阀275和295开通并打开阀265,以提供含臭氧的气体给脱气腔室200,并排空充气室 240;(d)使用通过石英窗230的UV光照射脱气腔室200内的含臭氧的气体以产生O自由基;(e)使在半导体衬底上的含卤素的残留物与O自由基反应合适的一段时间(例如15秒至60秒)以形成挥发性副产物,并将该挥发性副产物从腔室200中排出;(f)通过控制器 1000关闭阀265,维持阀275和295开通并打开阀285,以排空脱气腔室200并提供含臭氧的气体到充气室240,以及通过控制器1000调整在充气室240内的臭氧分压,从而基本阻挡UV光;(g)将半导体衬底输送出脱气腔室200;(h)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(g)。 [0022] 通过调整在充气室140/240内的臭氧分压P,可以调节通过石英窗130/230的透射率,即石英窗130/230可以作为可调的UV滤镜运行。 [0023] 另一示例性的脱气过程的循环包括:(a)将半导体衬底50输送到脱气腔室100/200中;(b)向脱气腔室100/200供应具有合适的臭氧分压(例如0.0005至1乇)的含臭氧的气体;(c)调节在充气室140/240的臭氧分压,使得通过石英窗130/230的UV光透射率达到所希望的值;(d)使用由UV光组件80通过石英窗130/230导入到脱气腔室100/200中的UV光照射该腔室内的含臭氧的气体以在该腔室内产生O自由基;(e)使在半导体衬底 50上的含卤素的残留物与O自由基反应合适的一段时间(例如15秒至60秒)以形成挥发性副产物,并将该挥发性副产物从该腔室中排出;(f)调整在充气室140/240内的臭氧的分压,以基本阻挡UV光(例如,具有通过石英窗130/230的不超过0.1%的透射率);(g)排空脱气腔室100/200;(h)将半导体衬底50输送出脱气腔室100/200;(i)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(h)。 [0025] 还有另一种示例性的脱气方法的循环包括:(a)将半导体衬底50输送到脱气腔室100/200中;(b)用UV光传感器2000测量来自UV灯组件80的UV光辐射通量;(c)向脱气腔室100/200供应具有合适的臭氧分压(例如0.0005至1乇)的含臭氧的气体;(d)根据所测得的UV光辐射通量,通过控制器1000调节在充气室140/240内的臭氧分压,以补偿来自UV灯组件80的UV光辐射通量的变化,使得通过石英窗130/230的UV光辐射通量达到所希望的值;(e)使用由UV光组件80通过石英窗130/230导入到脱气腔室100/200中的UV光照射该腔室内的含臭氧的气体以在该腔室内产生O自由基;(f)使在半导体衬底50上的含卤素的残留物与O自由基反应合适的一段时间(例如15秒至60秒)以形成挥发性副产物,并将该挥发性副产物从该腔室中排出;(g)通过控制器1000调整在充气室140/240内的臭氧的分压,以基本阻挡UV光(例如,具有通过石英窗130/230的不超过0.1%的透射率);(h)排空脱气腔室100/200;(i)将半导体衬底50输送出脱气腔室100/200;(j)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(i)。 [0026] 充气室140/240可以通过各种制造技术制造。例如,充气室140/240可通过将两个石英板熔合在一起,该两个石英板具有加工在其中的充气室和与该充气室连通的至少一个通道,或通过将两个石英板连同夹在该两个石英板之间的弹性密封环(例如橡胶O形环)通过机械方式夹紧以形成充气室140/240。与通过O形环形成的充气室连通的通道可以钻通穿过外板,并且可以与臭氧源和真空管线建立适当的连接。这些板需要合适的厚度以承受由于腔室中的真空而作用于窗口130/230的内侧的真空力以及作用于130/230的外侧的大气压力。 [0027] 具有内部充气室140/240的石英窗130/230的优点包括将石英窗130/230作为UV光栅或可调的UV滤镜使用,不需要任何机械可动部件或驱动机构,这些机械移动部件或驱动机构会挤占石英窗130/230的上方的宝贵的空间和/或在反复使用后变得不可靠。另外,因为石英窗130/230没有机械可动部件以及驱动机构,UV灯85可以放置在非常接近石英窗130/230的地方,并因此提高在脱气腔室100中的在衬底表面的UV光强度。 |