專利名稱：干式非等離子體處理系統(tǒng)和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理襯底以去除氧化物的干式非等離子體處理系統(tǒng)和方法，更具體而言，涉及用于對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)和熱處理的干式非等離子體處理系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在材料處理的方法工程中，圖案蝕刻包括將薄層的諸如光刻膠的感光材料涂到襯底的上表面，隨后該上表面被圖案化以提供用于在蝕刻過(guò)程中將此圖案轉(zhuǎn)移到下覆的薄膜的掩膜。感光材料的圖案化一般涉及使用例如微光刻技術(shù)通過(guò)光柵(以及相關(guān)光學(xué)器件) 由輻射源對(duì)感光材料進(jìn)行曝光，之后使用顯影劑去除感光材料的被輻射的區(qū)域(如在正光刻膠的情況下)或者去除未被輻射的區(qū)域(如在負(fù)光刻膠的情況下)。此外，能實(shí)施多層和硬掩膜用于蝕刻薄膜中的特征。例如，當(dāng)使用硬掩膜蝕刻薄膜中的特征時(shí)，使用用于薄膜的主蝕刻步驟之前單獨(dú)的步驟將感光層中的掩膜圖案轉(zhuǎn)移到硬掩膜層。硬掩膜能例如從用于硅處理的若干材料中選擇，該材料例如包括二氧化硅(SiO2)、 氮化硅(Si3N4)和碳。為了減小在薄膜中形成的特征尺寸，例如使用兩步驟處理橫向修正硬掩膜，該兩步驟處理包括為了改變硬掩膜層的表面化學(xué)性質(zhì)而對(duì)硬掩膜層的曝光的表面進(jìn)行化學(xué)處理，以及為了解除吸附被改變的表面的化學(xué)性質(zhì)對(duì)硬掩膜層的曝光表面進(jìn)行后處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于處理襯底的干式非等離子體處理系統(tǒng)和方法，并涉及用于化學(xué)和熱處理襯底的干式非等離子體處理系統(tǒng)和方法。這些和/或者其它方面的任何一者可以由根據(jù)本發(fā)明的用于去除氧化物材料的處理系統(tǒng)提供。在一個(gè)實(shí)施例中，用于去除襯底上氧化物材料的處理系統(tǒng)包括溫度控制處理室，其被構(gòu)造成包含其上具有氧化物材料的襯底。溫度控制襯底保持器安裝在處理室內(nèi)， 并被構(gòu)造成與處理室基本熱隔離，并被構(gòu)造成支撐襯底。真空抽吸系統(tǒng)被耦合到處理室。 化學(xué)處理系統(tǒng)耦合到處理室，并被構(gòu)造成將處理氣體引入到處理室，所述處理氣體包括作為初始成分的HF和可選的氨(NH3)，其中，處理氣體改變?cè)谝r底上的暴露的表面層的化學(xué)性質(zhì)。熱處理系統(tǒng)耦合到所述處理室，并被構(gòu)造成升高襯底的溫度，其中，升高了的溫度使得化學(xué)性質(zhì)被改變的表面層蒸發(fā)；控制器被構(gòu)造成控制引入到襯底的處理氣體的量和設(shè)定襯底的溫度。在另一實(shí)施例中，用于去除襯底上的氧化物材料的方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括在處理室中的襯底保持器上設(shè)置具有所述氧化物材料的所述襯底。在使用襯底保持器以將襯底的溫度設(shè)定為低于100攝氏度的化學(xué)處理溫度的同時(shí)，通過(guò)將襯底暴露于氣體混合物來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)熱處理，所述氣體混合物包括作為初始成分的HF和可選的氨(NH3)。在化學(xué)處理之后，通過(guò)將襯底加熱到化學(xué)處理溫度以上的溫度來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。


在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于執(zhí)行化學(xué)氧化物去除處理的干式非等離子體處理系統(tǒng)的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于執(zhí)行化學(xué)氧化物去除處理的干式非等離子體處理系統(tǒng)；圖3A和圖:3B示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的執(zhí)行干式非等離子體化學(xué)去除處理的襯底保持器；圖4A和圖4B示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的干式非等離子體化學(xué)去除處理的襯底保持器；以及圖5示出了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的干式非等離子體化學(xué)去除處理的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，為了說(shuō)明而非限制的目的，闡述具體的細(xì)節(jié)，諸如處理系統(tǒng)的特定的幾何尺寸和各種部件和處理的描述。然而，應(yīng)該理解到，本發(fā)明可以在脫離這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中得到實(shí)施。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖1表示用于使用干式非等離子體處理(諸如化學(xué)氧化物去除處理)處理來(lái)處理襯底以例如修整氧化物掩膜或者去除天然氧化物或者去除含SiOx的殘留物的處理系統(tǒng)101。例如，處理系統(tǒng)101被構(gòu)造成便于化學(xué)處理工藝和熱處理工藝，在化學(xué)處理工藝過(guò)程中改變襯底上的氧化材料的化學(xué)性質(zhì)，在熱處理工藝過(guò)程中解除吸附化學(xué)性質(zhì)被改變的襯底材料。圖1表示用于處理襯底上的氧化材料的處理系統(tǒng)101的框圖。處理系統(tǒng)101包括構(gòu)造成處理襯底的處理室110、耦合到處理室110并被構(gòu)造成將處理氣體引入到安裝在處理室110中的襯底的化學(xué)處理系統(tǒng)120、耦合到處理室110并被構(gòu)造成升高襯底的溫度的熱處理系統(tǒng)130以及耦合到處理室110、化學(xué)處理系統(tǒng)120和熱處理系統(tǒng)130并被構(gòu)造成根據(jù)處理配方控制處理系統(tǒng)101的控制器150。例如，熱處理系統(tǒng)120被構(gòu)造成引入包括第一氣態(tài)成分(其具有HF作為初始成分)和可選的第二氣態(tài)成分(其具有氨(NH3)作為初始成分)的處理氣體。這兩個(gè)氣態(tài)成分可以一起引入或者彼此獨(dú)立地引入。例如，獨(dú)立的氣體/蒸氣輸送系統(tǒng)可以用來(lái)引入每個(gè)氣態(tài)成分。此外，化學(xué)處理系統(tǒng)120還能包括溫度控制系統(tǒng)，其用于升高蒸氣輸送系統(tǒng)的溫度以為了防止其中的處理蒸氣冷凝。此外，任一氣態(tài)成分或者兩者能用諸如惰性氣體的運(yùn)載氣體引入。惰性氣體能包括諸如氬的稀有氣體。當(dāng)然，其它氣體也能夠包括在處理氣體中。通過(guò)將氧化物材料暴露于該兩個(gè)氣態(tài)成分的對(duì)襯底上的氧化物材料進(jìn)行化學(xué)處理造成氧化物材料表面的化學(xué)性質(zhì)改變到自限制深度。在對(duì)襯底上的氧化物材料進(jìn)行化學(xué)處理過(guò)程中，能控制襯底溫度。例如，襯底溫度能設(shè)定為低于100攝氏度的化學(xué)處理溫度。還參照?qǐng)D1，熱處理系統(tǒng)130能將襯底的溫度升高到化學(xué)處理溫度以上的溫度，或者從約50攝氏度到約450攝氏度的溫度范圍，并且期望地，襯底溫度能在約100攝氏度到約300攝氏度的范圍。例如，襯底溫度可以在從約100攝氏度到約200攝氏度的范圍。對(duì)化學(xué)性質(zhì)被改變的氧化物表面層的熱處理造成這些表面層蒸發(fā)?？刂破?50包括微處理器、存儲(chǔ)器和能產(chǎn)生足以通信的控制電壓的數(shù)字I/O端口 (潛在地包括D/A和/或者A/D轉(zhuǎn)換器)并啟動(dòng)到處理室110、化學(xué)處理系統(tǒng)120和熱處理系統(tǒng)的輸入以及監(jiān)視從這些系統(tǒng)的輸出。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中程序被用來(lái)根據(jù)所存儲(chǔ)的處理配方與系統(tǒng)120和130互相作用?？蛇x地，或者附加地，控制器150能耦合到一個(gè)或者多個(gè)附加的控制器/計(jì)算機(jī) (未示出)，并且控制器150能從附加的控制器/計(jì)算機(jī)獲得配置和/或者構(gòu)造信息。在圖1中，示出單個(gè)處理元件(120和130)，但是這不是本發(fā)明所要求的。處理系統(tǒng)101除了獨(dú)立的處理元件之外還能包括任何數(shù)量的具有與之相關(guān)的任何數(shù)量的控制器的處理元件?？刂破?50能用來(lái)構(gòu)造任何數(shù)量的處理元件(120和130)，并且控制器150能收集、提供、處理、存儲(chǔ)和顯示來(lái)自處理元件的數(shù)據(jù)?？刂破?50能包括許多用于控制一個(gè)或者多個(gè)處理元件的應(yīng)用。例如，控制器150能包括圖形用戶界面(GUI)部件(未示出)，其能提供容易地使用使用戶能監(jiān)視和/或者控制一個(gè)或者多個(gè)處理元件的界面。處理系統(tǒng)101還能包括壓力控制系統(tǒng)(未示出)。壓力控制系統(tǒng)能耦合到處理室 110，但是這不是必需的。在可選的實(shí)施例中，壓力控制系統(tǒng)能被不同地構(gòu)造和不同地耦合。 壓力控制系統(tǒng)能包括一個(gè)或者多個(gè)壓力閥(未示出)，以用于排出處理室110中的氣體和/ 或者用于調(diào)節(jié)處理室110內(nèi)的壓力?？蛇x地，壓力控制系統(tǒng)還能包括一個(gè)或者多個(gè)泵(未示出)。例如，一個(gè)泵可以用來(lái)增大處理室內(nèi)的壓力，另一泵可以用來(lái)抽空處理室110。在另一實(shí)施例中，壓力控制系統(tǒng)能包括用于密封處理室的密封件。此外，處理系統(tǒng)101能包括排氣控制系統(tǒng)。排氣控制系統(tǒng)能耦合到處理室110，但是這不是必需的。在可選的實(shí)施例中，排氣控制系統(tǒng)能被不同地構(gòu)造和不同地耦合。排氣控制系統(tǒng)能包括排氣氣體收集容器(未示出)，并能用來(lái)從處理流體中去除污染物?？蛇x地，排氣控制系統(tǒng)能用來(lái)再循環(huán)處理流體?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，根據(jù)另一實(shí)施例示出處理系統(tǒng)200的簡(jiǎn)化框架圖。處理系統(tǒng)200 包括處理室210、溫度控制襯底保持器220、真空抽吸系統(tǒng)250、化學(xué)分配系統(tǒng)和輻射加熱系統(tǒng)，其中溫度控制襯底保持器220被構(gòu)造成與處理室210基本隔離，并被構(gòu)造成支撐襯底 225，真空抽吸系統(tǒng)250耦合到處理室210以升高處理室210的溫度，化學(xué)分配系統(tǒng)240耦合到處理室210并被構(gòu)造成將處理氣體引入處理空間245中以為了化學(xué)處理襯底225，輻射加熱系統(tǒng)230耦合到處理室210，并被構(gòu)造成熱處理襯底225。襯底225經(jīng)由襯底轉(zhuǎn)移系統(tǒng) (未示出)通過(guò)轉(zhuǎn)移開口(未示出)轉(zhuǎn)移進(jìn)出處理室210?；瘜W(xué)分配系統(tǒng)240被構(gòu)造成引入處理氣體以例如改變襯底225上的氧化物材料的化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)分配系統(tǒng)240被構(gòu)造成引入一個(gè)或者多個(gè)處理氣體，該處理氣體包括但不限于 HF、NH3、N2、H2、02、CO、CO2、NO、NO2、N2O、CxFy (其中 χ、y 是整數(shù))、CxHzFy (其中 χ、y 禾口 ζ是整數(shù))等。例如，處理氣體能包括具有HF作為初始成分的第一氣態(tài)成分和具有氨(NH3) 作為初始成分的可選第二氣態(tài)成分。兩個(gè)氣態(tài)成分可以使用氣體供應(yīng)系統(tǒng)242被一起或者彼此獨(dú)立地引入。例如，獨(dú)立的氣體/蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)可以用來(lái)引入每個(gè)氣態(tài)成分。此外，化學(xué)分配系統(tǒng)240還能包括溫度控制系統(tǒng)，其用于升高化學(xué)分配系統(tǒng)240的溫度以防止其中的處理蒸氣冷凝。附加地，任一氣態(tài)成分或者兩者能用諸如惰性氣體的運(yùn)載氣體引入。惰性氣體能包括諸如氬的稀有氣體。當(dāng)然，也能引入其它氣體。如圖2所示，化學(xué)分配系統(tǒng)240能布置在襯底225的外周邊緣的上方。化學(xué)分配系統(tǒng)240可以包括多個(gè)繞處理空間245的圓周分布的噴射孔或者噴嘴。此外，交替成組的一個(gè)或者多個(gè)孔或者噴嘴可以用來(lái)獨(dú)立地引入每個(gè)氣態(tài)成分(例如，HF和氨)。可選地，化學(xué)分配系統(tǒng)240能布置在輻射加熱系統(tǒng)230內(nèi)。可選地，化學(xué)分配系統(tǒng)240能布置在襯底 225上方的上組件內(nèi)，而輻射加熱系統(tǒng)230位于化學(xué)分配系統(tǒng)240的外周邊緣的上方但還在襯底225的視野內(nèi)。化學(xué)分配系統(tǒng)240能是多區(qū)域流體分配系統(tǒng)以調(diào)節(jié)處理氣體到處理室 210內(nèi)的多區(qū)域的流動(dòng)。此外，輻射加熱系統(tǒng)230被構(gòu)造成加熱程度225以例如解除吸附在襯底上化學(xué)性質(zhì)被改變的氧化物材料。輻射加熱系統(tǒng)230能包括一個(gè)或者多個(gè)加熱燈。每個(gè)加熱燈可以例如包括鹵鎢燈。以成組的一個(gè)或者多個(gè)燈布置的加熱燈可以用來(lái)空間地調(diào)節(jié)對(duì)襯底225 的加熱。輻射加熱系統(tǒng)230還包括窗，其被構(gòu)造成保持處理室210中的真空狀況并對(duì)紅外 (IR)電磁(EM)輻射基本透明。例如，該窗可以包括石英或者期望地蘭寶石。盡管在干式非等離子體處理中可以消耗(由石英制成的)窗，可以選擇足以厚至減小其更換次數(shù)和有關(guān)更換成本的厚度。還參照?qǐng)D2，襯底保持器220包括襯底溫度控制系統(tǒng)沈0，其被構(gòu)造成對(duì)襯底保持器220或者襯底225或者兩者的溫度執(zhí)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)或者控制或者其兩個(gè)或者更多個(gè)的組合中的至少一者。例如，襯底保持器220和襯底溫度控制系統(tǒng)260可以包括用于提高襯底 225和襯底保持器220之間的熱接觸的襯底夾持系統(tǒng)(即，電氣或者機(jī)械夾持系統(tǒng))、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、用于提高襯底225和襯底保持器220之間的導(dǎo)熱性的襯底背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)、溫度傳感器等。此外，襯底保持器220包括襯底升降系統(tǒng)沈2，該襯底升降系統(tǒng)262包括升降銷組件(未示出)，其能夠升高和降低三個(gè)或者更多個(gè)升降銷以豎直地將襯底225從襯底保持器 220的上表面和處理室210中的轉(zhuǎn)移平面轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移到襯底保持器220的上表面和處理室 210中的轉(zhuǎn)移平面，并豎直地將襯底225轉(zhuǎn)移到襯底保持器220的上表面和處理室210的加熱平面和從襯底保持器220的上表面和處理室210的加熱平面轉(zhuǎn)移。此外，襯底保持器 220能包括背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)沈4，其被構(gòu)造成將氣體供應(yīng)到襯底225的背側(cè)。在襯底225的化學(xué)處理過(guò)程中，襯底225擱在襯底保持器220上，并且溫度被控制到低于約100攝氏度的化學(xué)處理溫度，同時(shí)襯底225被暴露于處理氣體以改變襯底225上的氧化物材料的化學(xué)性質(zhì)。在化學(xué)處理過(guò)程中，襯底225可以被夾持到襯底保持器220，并且背側(cè)氣體流能從背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)264開始流動(dòng)以影響襯底225和襯底保持器220之間導(dǎo)熱性。在對(duì)襯底225進(jìn)行化學(xué)處理之后，使用輻射加熱系統(tǒng)230升高襯底225的溫度以解除吸附化學(xué)性質(zhì)被改變的氧化物材料。在對(duì)襯底225進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，使用襯底升降系統(tǒng)262使襯底225能升高到襯底保持器220的上方并從襯底保持器220移動(dòng)到加熱平面達(dá)足以從襯底保持器220基本熱解耦襯底225的一段距離。此外，襯底225可以升降以接近輻射加熱系統(tǒng)230以為了減小在加熱過(guò)程中其它室部件看見(jiàn)輻射加熱系統(tǒng)230的程度。優(yōu)選地，襯底225被加熱，而其它室部件沒(méi)有被加熱。此外，當(dāng)襯底225升高到襯底保持器220的上方時(shí)，可以引導(dǎo)可選的來(lái)自背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)沈4的凈化氣體流以為了減小在解除吸附處理的過(guò)程中襯底225的背側(cè)的污染?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3A、3B、4A和4B，根據(jù)另一實(shí)施例描述襯底保持器組件300。襯底保持器組件300包括被構(gòu)造成支撐襯底325并被構(gòu)造成耦合到處理室310的襯底保持器320。 襯底保持器組件300還包括具有夾持電極382的靜電夾持(ESC)系統(tǒng)380，其被構(gòu)造成將襯底225電夾持到襯底保持器220。此外，襯底保持器組件300包括襯底溫度控制系統(tǒng)360。襯底溫度控制系統(tǒng)360 包括熱交換器，其被構(gòu)造成通過(guò)入口流體供應(yīng)線362供應(yīng)傳熱流體并通過(guò)出口流體供應(yīng)線 364接收傳熱流體，來(lái)使傳熱流體循環(huán)流經(jīng)設(shè)置在襯底保持器320中的流體通道366。通過(guò)調(diào)節(jié)熱交換器中的流體溫度，能調(diào)節(jié)襯底保持器320的溫度。盡管僅僅示出了單個(gè)區(qū)域流體循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)可以包括多流體區(qū)域。此外，襯底保持器組件300包括襯底升降系統(tǒng)370，其包括能升高和降低三個(gè)或者更多個(gè)升降銷以為了豎直地將襯底325轉(zhuǎn)移到襯底保持器320的上表面和處理室310中的轉(zhuǎn)移平面和從襯底保持器320的上表面和處理室310中的轉(zhuǎn)移平面轉(zhuǎn)移的升降銷組件。在升降銷組件中，襯底升降銷372能耦合到公共的升降銷元件，并能降低到低于襯底保持器320的上表面。利用例如電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(具有電氣步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者螺紋桿)或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(具有氣缸)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供了用于升高和降低公共的升降銷元件的裝置。襯底325能經(jīng)由機(jī)械手轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(未示出)通過(guò)門閥(未示出)和與轉(zhuǎn)移平面平齊的室供應(yīng)通道轉(zhuǎn)移進(jìn)出處理室310，并被襯底升降銷接收。一旦襯底325從轉(zhuǎn)移系統(tǒng)接收，它能通過(guò)降低襯底升降銷372而降低到基座320的上表面(參見(jiàn)圖3A和圖4A)。此外，襯底325可以在加熱襯底325的過(guò)程中升高到襯底保持器320的上方(參見(jiàn)圖和4B)。襯底升降銷372可以包括由諸如石英或者蘭寶石的絕熱材料制成的銷帽374，以為了從襯底升降銷372熱解耦襯底325。還有，襯底保持器組件320包括背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)364，其被構(gòu)造成將傳熱氣體或者凈化氣體或者兩者供應(yīng)襯底325的背側(cè)。在襯底325的化學(xué)處理過(guò)程中，在背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)364將諸如氦的傳熱氣體供應(yīng)到襯底325的背側(cè)以為了提高襯底325和襯底保持器 320之間的熱接觸的同時(shí)能使用ESC系統(tǒng)380將襯底325夾持到襯底保持器320(參見(jiàn)圖 3A和圖4A)。襯底溫度控制系統(tǒng)然后能被利用來(lái)調(diào)節(jié)襯底325的溫度。在對(duì)襯底325進(jìn)行熱處理過(guò)程中，在背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)364將凈化氣體流390供應(yīng)到襯底325的背側(cè)以為了減小襯底背側(cè)的污染物的同時(shí)能使用襯底升降系統(tǒng)370將襯底325升高到襯底保持器的上方(參見(jiàn)圖:3B和圖4B)。在對(duì)襯底325進(jìn)行化學(xué)處理的過(guò)程中，襯底325擱在襯底保持器320上，并且溫度被控制到低于約100攝氏度的化學(xué)處理溫度，同時(shí)襯底325被暴露于處理氣體以改變襯底 325上的氧化物材料的化學(xué)性質(zhì)。在化學(xué)處理的過(guò)程中，使用ESC系統(tǒng)380將襯底325夾持到襯底保持器320，并且背側(cè)氣體能從背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)364開始流動(dòng)以為了提高襯底325 和襯底保持器320之間的導(dǎo)熱性(參見(jiàn)圖3A和圖4A)。在對(duì)襯底325進(jìn)行化學(xué)處理之后，使用襯底325上方的輻射加熱系統(tǒng)330升高襯底325的溫度以解除吸附化學(xué)性質(zhì)被改變的氧化物材料。在對(duì)襯底325進(jìn)行化學(xué)處理的過(guò)程中，使用襯底升降系統(tǒng)362能使襯底325升高到襯底保持器320的上方并從襯底保持器 320移動(dòng)達(dá)足以從襯底保持器320基本熱解耦襯底325的一段距離。此外，襯底325可以升降到接近輻射加熱系統(tǒng)330以為了在加熱過(guò)程中減小其它室部件看見(jiàn)輻射加熱系統(tǒng)300的程度。優(yōu)選地，襯底325被加熱而其它室部件不被加熱。可選地，當(dāng)襯底325被升高到襯底保持器320的上方時(shí)，能引導(dǎo)可選的來(lái)自背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)364的凈化氣體流，以為了在解除吸附處理過(guò)程中減小襯底325的背側(cè)的污染物(參見(jiàn)圖:3B和圖4B)。此外，參照?qǐng)D4A和4B，輻射屏蔽332可以用來(lái)減小在加熱襯底325的過(guò)程中對(duì)其它室部件的加熱。襯底325例如能升降到接近輻射屏蔽332的底部。輻射屏蔽332可以包括一個(gè)或者多個(gè)開口 334以允許在加熱過(guò)程中源自襯底325的氣態(tài)材料通過(guò)。此外，在對(duì)襯底325的熱處理的過(guò)程中，諸如惰性氣體(例如，的氣體N2等)的凈化氣體能引入到由輻射屏蔽332、襯底325和輻射加熱系統(tǒng)330所圍起的空間中。此外，輻射屏蔽可以耦合到處理室310的上部。輻射屏蔽可以是裸金屬屏蔽或者陶瓷屏蔽或者它例如可以是陽(yáng)極化處理的金屬屏蔽或者涂覆的金屬屏蔽。再次參照?qǐng)D2，真空抽吸系統(tǒng)250能包括真空泵和用于調(diào)節(jié)室壓力的門閥。真空抽吸系統(tǒng)250能例如包括渦輪分子真空泵(TMP)，其具有高達(dá)約每秒5000升(以上)的抽吸速度。例如，TMP可以是kiko STP-A803真空泵或者m^ara ET1301W真空泵。TMP用于低壓處理，通常低于約50mTorr。對(duì)于高壓(例如，大于約IOOmTorr)或者低產(chǎn)量處理(即，沒(méi)有氣體流)，能使用機(jī)械增壓泵和初級(jí)干泵。還參照?qǐng)D2，處理系統(tǒng)200還包括具有微處理器、存儲(chǔ)器和能產(chǎn)生足以通信的控制電壓的數(shù)字I/O端口的控制器270，并啟動(dòng)到處理系統(tǒng)200的輸入以及監(jiān)視來(lái)自處理系統(tǒng) 200(諸如溫度和壓力感測(cè)裝置)的輸出。此外，控制器270能耦合到襯底保持器220、化學(xué)分配系統(tǒng)對(duì)0、氣體供應(yīng)系統(tǒng)對(duì)2、輻射加熱系統(tǒng)230、真空抽吸系統(tǒng)250、襯底溫度控制系統(tǒng)260、襯底升降系統(tǒng)262和背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)沈4，并能與襯底保持器220、化學(xué)分配系統(tǒng)對(duì)0、氣體供應(yīng)系統(tǒng)M2、輻射加熱系統(tǒng)230、真空抽吸系統(tǒng)250、襯底溫度控制系統(tǒng)沈0、襯底升降系統(tǒng)262和背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)264交換信息。例如，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序能用來(lái)根據(jù)處理配方啟動(dòng)到處理系統(tǒng)200的前述部件的輸入?？刂破?70的一個(gè)示例是可從Texas 的 Austin 的 Dell Corporation 購(gòu)買到的 DELL PRECISION WORKSTATION 610 ?？刂破?70還可以實(shí)施為通用的計(jì)算機(jī)、處理器、豎直信號(hào)處理器等，它們使襯底處理設(shè)備響應(yīng)于控制器290執(zhí)行包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的一個(gè)或者更多個(gè)指令的一個(gè)或者更多個(gè)序列而執(zhí)行本發(fā)明的處理步驟的一部分或者所有。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或者存儲(chǔ)器用于保持根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)編程的指令和用于包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄或者在此處描述的其它數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例是致密盤、硬盤、軟盤、帶、磁光盤、PR0M(EPR0M、EEPR0M、 閃存EPR0M)、DRAM、SRAM、SDRAM或者任何其它磁介質(zhì)、致密盤(例如，CD-ROM)或者任何其它光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡片、紙帶或者其它具有孔的圖案的物理介質(zhì)、載波或者任何其它計(jì)算機(jī)能讀取的介質(zhì)。控制器270可以相對(duì)于處理系統(tǒng)200定位，或者它可以經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或者企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)相對(duì)于處理系統(tǒng)200遠(yuǎn)程定位。因而，控制器270能使用方向耦合、企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中至少一者與處理系統(tǒng)200交換數(shù)據(jù)?？刂破?70可以耦合到客戶(即，設(shè)備制造者)所在位置處的企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)，或者耦合到賣主(即，裝備制造商)所在位置處的企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)。此外，另一計(jì)算機(jī)(即，控制器。服務(wù)器等)能訪問(wèn)控制器270以經(jīng)由方向耦合、企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中至少一者來(lái)交換數(shù)據(jù)。現(xiàn)在參照?qǐng)D5，根據(jù)實(shí)施例示出了對(duì)襯底執(zhí)行干非等離子體處理的方法。例如，處理工藝包括用于去除在襯底上的氧化物材料的處理。干式非等離子體處理工藝包括化學(xué)處理，在此化學(xué)處理的過(guò)程中，襯底的具有氧化物材料的暴露表面被包括作為初始成分的HF 或者氨(NH3)或者HF和NH3兩者的處理氣體進(jìn)行化學(xué)處理。暴露于初始成分HF和/或者 NH3能去除諸如氧化的硅(或者SiOx)的氧化物材料，和/或者通過(guò)將此材料與被化學(xué)處理的材料進(jìn)行置換來(lái)消耗氧化物材料。隨著暴露于處理材料的進(jìn)行，氧化物材料的去除和/ 或者化學(xué)性質(zhì)的改變的速率的降低造成自限制特征。在化學(xué)熱處理之后，執(zhí)行解除吸附處理以為了去除化學(xué)性質(zhì)被改變的表面層。由于化學(xué)處理工藝的自限制特征，可以期望地交替執(zhí)行非等離子體蝕刻和隨后的解除吸附處理，這能允許精確地控制去除處理。解除吸附處理能包括熱處理工藝，在熱處理的處理內(nèi)襯底的溫度被升高足以高到允許化學(xué)性質(zhì)被改變的表面層揮發(fā)。該方法包括在步驟S510開始的流程圖，在步驟S510，在被構(gòu)造成便于化學(xué)和解除吸附處理的處理系統(tǒng)中設(shè)置襯底。例如，處理系統(tǒng)包括在圖1或者圖2中描述的系統(tǒng)中的
“"者 ο在步驟S520，襯底上的氧化物材料被化學(xué)處理。在干式非等離子體處理的化學(xué)處理工藝過(guò)程中，處理氣體的每個(gè)成分可以一起引入(例如，混合)，或者彼此單獨(dú)地引入 (即，HF獨(dú)立于NH3引入)。此外，處理氣體還能包括諸如稀有氣體(即，氬)的惰性氣體。 惰性氣體可以與HF或者NH3中一者一起引入，或者它可以獨(dú)立于前述氣態(tài)成分中的每個(gè)而引入。在序列號(hào)為 10/812，；347、題為 ‘‘Processing System and Method For Treating aSubstrate”的審查待決的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述了關(guān)于稀有氣體與NH3 —起引入以為了控制對(duì)二氧化硅的去除的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用方式全部結(jié)合于此。此外，在化學(xué)處理過(guò)程中，可以選擇處理壓力以影響被去除的氧化物材料的量。處理壓力能在從約Imtoor到約IOOtorr的范圍。此外，在化學(xué)處理過(guò)程中，可以選擇襯底溫度以影響被去除的氧化物材料的量。襯底溫度能在從約攝氏度到約200攝氏度的范圍，或者襯底溫度能低于100攝氏度。例如，溫度能在從約10攝氏度到50攝氏度的范圍。在序列號(hào)為 10/817，417、題為“Method and System For Performing a Chemical Oxide Removal ftx)CeSS”的審查未決的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述了關(guān)于設(shè)定襯底溫度以為了控制去除量的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而全部結(jié)合于此。在步驟S530，對(duì)襯底上化學(xué)性質(zhì)被改變的氧化物材料進(jìn)行熱處理。在熱處理過(guò)程中，襯底溫度能升高到約50攝氏度以上，或者約100攝氏度以上。此外，可以在對(duì)襯底熱處理的過(guò)程中引入惰性氣體。惰性氣體可以包括稀有氣體或者氮。此外，在對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)和熱處理的過(guò)程中，能針對(duì)從約10攝氏度到約450攝氏度的溫度范圍構(gòu)造處理室?？蛇x地，室溫度能在約30攝氏度到約60攝氏度的范圍。用于襯底的溫度能在從約10攝氏度到約450攝氏度的范圍?？蛇x地，襯底溫度能在約30攝氏度到約60攝氏度的范圍。在一個(gè)示例中，在襯底上使用化學(xué)氧化物去除處理去除諸如天然氧化物膜的氧化物膜的一部分或者全部。在另一示例中，在襯底上使用化學(xué)氧化物去除處理修整諸如氧化物硬掩膜的氧化物膜的一部分或者全部。氧化物膜能包括二氧化硅(Si02)，或者更一般地， 例如SiOx。在又一個(gè)示例中，在襯底上去除含SiOx的殘留物的一部分或者全部。盡管以上詳細(xì)地描述了本發(fā)明的僅僅某些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解到在實(shí)質(zhì)性地脫離本發(fā)明的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的情況下可以在實(shí)施例中進(jìn)行許多修改。因而，所有這樣的修改都意在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種處理系統(tǒng)，其用于去除襯底上的材料，包括溫度控制處理室，其被構(gòu)造成包含襯底并且被構(gòu)造成便于非等離子體環(huán)境；溫度控制襯底保持器，其安裝在所述溫度控制處理室內(nèi)，并被構(gòu)造成支撐所述襯底，并且被構(gòu)造成在所述襯底位于所述溫度控制襯底保持器的上表面時(shí)控制所述襯底的溫度；真空抽吸系統(tǒng)，其耦合到所述溫度控制處理室；化學(xué)處理系統(tǒng)，其耦合到所述溫度控制處理室，并被構(gòu)造成將處理氣體引入到所述溫度控制處理室，其中，所述處理氣體改變所述襯底上的暴露表面層的化學(xué)性質(zhì)；熱處理系統(tǒng)，其與所述溫度控制襯底保持器分離，并耦合到所述溫度控制處理室，并被構(gòu)造成升高所述溫度控制處理室中的所述襯底的溫度，其中，升高了的所述溫度使得化學(xué)性質(zhì)被改變的所述表面層蒸發(fā)；以及控制器，其耦合到所述溫度控制襯底保持器、所述化學(xué)處理系統(tǒng)和所述熱處理系統(tǒng)并被構(gòu)造成控制引到所述襯底的所述處理氣體的量和所述襯底所設(shè)定的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述熱處理系統(tǒng)包括一個(gè)或者多個(gè)輻射加熱燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，還包括襯底升降系統(tǒng)，其耦合到所述溫度控制襯底保持器，并被構(gòu)造成當(dāng)使用所述熱處理系統(tǒng)加熱所述襯底時(shí)在所述溫度控制襯底保持器的所述上表面和位于所述溫度控制襯底保持器的所述上表面上方的加熱平面之間豎直地轉(zhuǎn)移所述襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理系統(tǒng)，還包括背側(cè)氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其耦合到所述溫度控制襯底保持器，并被構(gòu)造成當(dāng)所述襯底被升高到所述溫度控制襯底保持器的所述上表面上方時(shí)將凈化氣體供應(yīng)到所述襯底的背側(cè)，以減小所述襯底的背側(cè)的污染物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理系統(tǒng)，還包括輻射屏蔽，其耦合到所述溫度控制處理室，并被構(gòu)造成包圍所述熱處理系統(tǒng)的外周邊緣，其中，所述輻射屏蔽、所述熱處理系統(tǒng)和處于所述升高位置的所述襯底形成基本封閉的空間，并且其中，所述熱處理系統(tǒng)包括布置在所述襯底上方的一個(gè)或者多個(gè)輻射熱燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的處理系統(tǒng)，其中，所述輻射屏蔽包括一個(gè)或者多個(gè)貫通開口， 以允許氣體通過(guò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述化學(xué)處理系統(tǒng)還被構(gòu)造成與所述處理氣體一起供應(yīng)運(yùn)載氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)載氣體包括惰性氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述處理氣體包括作為初始成分的HF并且可選擇地包括氨(NH3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述HF獨(dú)立于所述氨引入。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述處理氣體改變所述襯底上的暴露表面層的化學(xué)性質(zhì)到達(dá)自限定的深度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，所述熱處理系統(tǒng)包括多區(qū)域燈加熱系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述控制器被構(gòu)造成操作所述處理系統(tǒng)，以化學(xué)處理所述襯底以及在所述化學(xué)處理之后在所述溫度控制處理室中熱處理所述襯底，其中，在所述化學(xué)處理和所述熱處理過(guò)程中，所述控制器監(jiān)視、調(diào)節(jié)或者控制所述襯底的溫度或者所述溫度控制處理室中的所述處理氣體的量、或者其任何組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述襯底包括要在所述處理系統(tǒng)中被去除的氧化物材料或剩余物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述化學(xué)處理系統(tǒng)包括多區(qū)域流體分配系統(tǒng)，其被構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述處理氣體到所述溫度控制處理室內(nèi)多區(qū)域的流動(dòng)。
16.一種去除在襯底上的材料的方法，包括在安裝于溫度控制處理室中的溫度控制襯底保持器上設(shè)置襯底，其中所述溫度控制處理室被構(gòu)造成便于非等離子體環(huán)境，所述溫度控制襯底保持器被構(gòu)造成支撐所述襯底，并且被構(gòu)造成在所述襯底位于所述溫度控制襯底保持器的上表面時(shí)控制所述襯底的溫度；利用耦合到所述溫度控制處理室的真空抽吸系統(tǒng)將所述溫度控制處理室抽真空；使用耦合到所述溫度控制處理室的化學(xué)處理系統(tǒng)通過(guò)將所述襯底暴露于處理氣體混合物來(lái)對(duì)所述襯底進(jìn)行化學(xué)處理，以使得所述襯底上的暴露表面層的化學(xué)性質(zhì)被改變；以及在所述化學(xué)處理之后，使用與所述溫度控制襯底保持器分離并耦合到所述溫度控制處理室的熱處理系統(tǒng)通過(guò)將所述襯底加熱到足以使得化學(xué)性質(zhì)被改變的表面層產(chǎn)生蒸發(fā)的溫度來(lái)對(duì)所述襯底進(jìn)行熱處理。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述處理氣體混合物包括作為初始成分的HF 并且可選擇地包括氨(NH3)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在對(duì)所述襯底進(jìn)行所述熱處理之前，將與所述襯底保持器熱接觸的所述襯底移動(dòng)到升高位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述方法，還包括在所述溫度控制處理室中設(shè)置輻射屏蔽，所述輻射屏蔽被構(gòu)造成包圍所述熱處理系統(tǒng)的外周邊緣，其中，所述熱處理系統(tǒng)包括輻射加熱系統(tǒng)；以及形成由所述輻射加熱系統(tǒng)、所述輻射屏蔽和在所述升高位置處的所述襯底所界定的基本封閉的空間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在對(duì)所述襯底進(jìn)行所述熱處理過(guò)程中，將凈化氣體引入到所述襯底和所述襯底保持器之間所述襯底的背側(cè)，以減小污染物到所述襯底的背側(cè)的運(yùn)輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及干式非等離子體處理系統(tǒng)和使用方法。描述一種用于去除氧化物材料的干式非等離子體處理系統(tǒng)和方法。處理系統(tǒng)被構(gòu)造成在受到的控制的狀況(包括表面溫度和氣體壓力)下提供對(duì)一個(gè)或者多個(gè)襯底的化學(xué)處理，其中每個(gè)襯底暴露于包括HF和可選地的NH3的氣態(tài)化學(xué)物。此外，處理系統(tǒng)被構(gòu)造成提供對(duì)每個(gè)襯底的熱處理，其中，對(duì)每個(gè)襯底進(jìn)行熱處理以去除每個(gè)襯底上被化學(xué)處理的表面。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102176408SQ20111008173
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者埃里克·J·施特朗, 馬丁·肯特 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社