UV基片加热和光化学的设备制造技术

本发明专利技术的装置提供ＵＶ源既加热衬底和促进衬底处理所必需的光化学的两种用途。本发明专利技术还提供一种处理衬底的方法，通过第一功率电平的ＵＶ辐射使衬底加热到环境温度以上的温度，并在出现第二功率电平的ＵＶ辐射时，通过把衬底暴露在光化学（ＵＶ）反应化合物或能够与衬底表面上复合物起作用的反应化合物中而形成光化学反应复合物。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及一种用紫外线(UV)源对衬底(包括半导体衬底)作UV加热和光化学处理的装置以及一种利用所述装置对所述衬底进行处理的方法。发现可特别应用于集成电路制造中在约400℃或更低的温度下的蚀刻、清洗、或从半导体衬底的表面剥离大量薄膜和污垢物。2.现有技术的描述在包括清洗、蚀刻或其它处理的半导体衬底处理中，使用紫外线(UV)活性气体是众所周知的。Hiatt等人的美国专利5,580,421描述一种用UV可激活调节气体来处理衬底的装置，在此引用作为参考。在1996年3月25日提出的未定申请第08/621,538号中揭示一种使用氟化气体从衬底上除去不需要的材料的方法，在此引用作为参考。在1997年3月17日提出的未定申请第08/818,890号中揭示一种使用UV/卤素去除金属的方法，在此引用作为参考。因为化学反应速率一般与温度有关，所以处理的效率有赖于进行处理时的温度。可以要求在较佳的控制状态下将衬底预热到环境温度之上的较佳处理温度以增强处理性能。还可以使用加热对吸附在衬底表面上的挥发性物质进行热解除吸附。在化学处理的准备中或热解除挥发性物质的吸附的准备中有许多对衬底加热的方法。传统的加热方法，直接把衬底放置在加热元件上，不允许接近衬底的两侧。这可能会提出问题，特别在希望对衬底的两侧都进行处理时。这也不允许带有合理的通过量的多温度程序。加热衬底的另一个方法是把经加热的气体施加到衬底上。然而，使用经加热的气体来加热衬底是低效率的。加热衬底的再另一个方法是如同在快速热处理中那样把红外(IR)辐射施加到衬底上。然而，如果既要求加热又要求UV照射，则会引入可观的工程难题，并增加到如此装备的任何处理设备的费用上。这些难题包括控制杂散的箱温度、控制衬底温度和在后勤上结合IR灯泡、UV灯泡以及连同在装置中的其各自控制系统。半导体衬底处理中的上述加热方法的缺点突出了需要一种花费不大的方法，这种方法可以在单个装置中对衬底均匀地加热到所要求的处理温度并提供UV照射。专利技术概要本专利技术的目的是提供一种对含硅衬底进行加热和光处理的新颖装置，这种装置通过利用UV源的存在对含硅衬底进行光处理也对衬底加热而克服了与上述加热方法相关联的问题。本专利技术的装置包括容纳和保持衬底的反应箱、配置成直接辐射在衬底上的UV辐射源以及控制UV辐射源的控制系统。UV源能够提供至少两种不同时间平均功率电平的UV输出，一种加热电平对诱发衬底的加热有效，一种光化学电平对诱发所述光处理有效。任意地，本专利技术进一步包括把化合物释放到反应箱中的化合物释放系统。本专利技术还可以包括至少一个UV透射窗，可以通过该透射窗把UV辐射发射到箱中。在本专利技术的一个实施例中，第一UV光源安装在反应箱的前侧上，而第二UV光源安装在所述反应箱的后侧上，通过同时在衬底的前后两侧的直接UV辐射可以使衬底在两侧上均匀地加热。在另一个实施例中，衬底的一侧经受加热电平的UV，而衬底的另一侧经受光化学电平的UV辐射。在再一个实施例中，对于加热和光化学两者使用单个UV源。本专利技术的又一个特征是提供一种处理衬底的方法，所述方法经第一时间平均的功率电平(加热电平)的UV输出在一个或多个加热步骤中使衬底加热到环境温度以上的温度；并在第二时间平均电平(处理电平，它和第一加热电平不同)下存在UV辐射时把衬底暴露于光化学(UV)反应化合物而在一个或多个处理步骤中调节衬底。光化学反应化合物被广义地定义为包括由于诸如在衬底表面上的吸附之类的作用而变成感光的那些化合物。光化学反应化合物还被定义为包括已经吸附在衬底表面上，由于存在入射UV辐射会引起所述衬底光解除吸附的物质。本专利技术的又一个特征是提供一种处理衬底的方法，所述方法在不存在光化学反应气体时在通过UV输出在一个或多个加热步骤中使衬底加热到环境温度以上的温度并通过把衬底暴露于光化学(UV)反应化合物而在一个或多个处理步骤中调节衬底。本专利技术进一步涉及一种在半导体衬底上执行UV光化学处理的方法有关，所述方法包括至少一个加热步骤，在该步骤中把UV辐射提供到至少一部分衬底，从0.1累计到1.0微米波长的其总辐射功率密度0.3瓦/厘2或更大；和至少一个反应步骤，在该步骤中以不同于加热功率电平的功率电平提供UV辐射，UV辐射与至少一个光化学反应化合物相互作用，引起化学反应，实现衬底的处理，其中，在加热步骤中的功率密度超过在反应步骤中的功率密度。本专利技术允许在处理衬底中增加灵活性，其中可以独立地把UV光处理和UV加热对着衬底的一侧或两侧。例如，如果只要求汽相激活的话，可以保护衬底前侧免于直接UV照射。此外，因为用UV加热系统而使与IR加热相关联的处理箱的杂散加热在很大程度上有所降低，所以在能够保持高通过量的同时，可以消除对复杂且昂贵的箱冷却系统的需求。附图简述附图说明图1示出在温度为25℃时在紫外线区中的Si的吸收光谱；图2示出本专利技术的一个实施例的示意图；图3示出在本专利技术的一个实施例中的箱的示意图。专利技术详述在处理诸如半导体基片之类的衬底中，在处理之前或处理期间，经常需要把衬底加热到所要求的处理温度。本专利技术的装置提供UV辐射源既用于加热衬底又促进衬底处理所需要的光化学的双重用途。本专利技术的又一个方面提供一种处理衬底的方法，所述方法通过以第一时间平均功率电平暴露于UV辐射在一个或多个步骤中将衬底的一侧或两侧加热到环境温度以上的温度；以及在第二时间平均的功率电平的UV辐射存在时，通过把衬底的一侧或两侧暴露于光化学(UV)反应化合物而在一个或多个处理步骤中调节衬底，所述第二时间平均功率电平比第一时间平均功率电平有所降低。光化学反应化合物包括由于诸如在衬底表面上的吸附之类的作用而变成感光的那些化合物，或已经在衬底表面上并由于照射UV辐射的存在而引起光解除吸附的物质。可以用本专利技术的装置处理的衬底材料一般可以是能与所释放光子有效地耦合并吸收UV辐射源所释放的大量能量的任何类型材料。这些材料的例子包括含硅衬底、含砷化镓衬底、其它半导体衬底、或具有适当吸收横截面的其它材料的衬底。该定义还包括一些衬底，所述衬底对所释放的辐射是透明的，但是在其表面上沉积了适当的吸收薄膜或把适当的吸收薄膜嵌入其中。图1描绘在紫外线区中的硅的吸收光谱。强UV吸收指示硅和在本专利技术中描述的典型源所释放的光子之间的有效耦合。因此，含硅材料对于本专利技术的适合性是显而易见的。本专利技术对于执行各种处理是有用的，这些处理诸如使用UV和卤代反应物的氧化蚀刻、UV激励的金属去除处理，或任何其它包含光化学和要求把衬底预加热到环境温度以上但是小于400℃左右的温度的处理。400℃以上的热激励因为有更多的自由载体存在而使基于IR的加热方法更有效，如同在快速热处理技术中所观察到的。光化学反应化合物可以是已知用于衬底表面的蚀刻、清洗、大量剥离或调节的任何类型光化学反应气体，但是在较佳实施例中将包括诸如氮气、氩气或另一惰性气体之类的第一气体与一种或多种光化学反应气体的混合。光化学反应气体可以是一种复合物，它在气相中反应以形成诸如原子团之类的反应物质。这种光化学反应气体的例子包括(但是不限于)ClF3、F2、O2、N2O、H2、NF3、Cl2、其它卤代气体、或这些气体的混合物。光化学反应化合物还可以是任何化合物，不管是气体还是别的，只要能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有前侧和后侧的衬底上执行ＵＶ加热和光处理步骤的装置，所述装置包括：用于容纳和保持衬底的反应箱，该反应箱包括前侧和后侧；被配置成直接辐射在衬底处的ＵＶ辐射源，这里所述辐射源将波长从０．１到１．０微米的至少为０．３瓦／厘米↑ ［２］的总辐射功率释放到所述衬底的至少一部分上；以及控制系统，用于控制ＵＶ辐射源以提供至少两种不同时间平均的能量电平的ＵＶ输出，一个加热电平对诱发衬底的加热有效以及一个光化学电平对诱发所述光处理有效。

【技术特征摘要】
1.一种用于在具有前侧和后侧的衬底上执行UV加热和光处理步骤的装置，所述装置包括用于容纳和保持衬底的反应箱，该反应箱包括前侧和后侧；被配置成直接辐射在衬底处的UV辐射源，这里所述辐射源将波长从0.1到1.0微米的至少为0.3瓦/厘米2的总辐射功率释放到所述衬底的至少一部分上；以及控制系统，用于控制UV辐射源以提供至少两种不同时间平均的能量电平的UV输出，一个加热电平对诱发衬底的加热有效以及一个光化学电平对诱发所述光处理有效。2.如权利要求1所述的装置，进一步包括把化合物释放到反应箱的化合物释放系统。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述UV辐射源包括安装在所述反应箱的前侧上的至少一个前侧UV灯罩或安装在所述反应箱的后侧上的至少一个后侧UV灯罩。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，UV辐射源包括安装在所述反应箱的前侧上的至少一个前侧UV灯罩和安装在所述反应箱的后侧上的至少一个后侧UV灯罩。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述前侧和后侧UV灯罩安装在所述箱的外面，并且所述箱进一步包括UV透射窗，所述UV辐射通过所述透射窗透射到所述箱中。6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个前侧UV灯罩包括至少一个线性氙气闪光灯泡，所述至少一个后侧UV灯罩包括至少一个线性氙气闪光灯泡。7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个前侧和后侧灯罩各包括至少一个圆柱抛物面或椭圆面反射器。8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个后侧UV灯罩对于所述至少一个前侧UV灯罩转动90度。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述UV辐射源的输出的特征通过脉冲串来表示，所述脉冲串的特征通过UV辐射的每秒脉冲个数和每个脉冲的...

【专利技术属性】
技术研发人员：RT费菲尔德，B施瓦布，
申请(专利权)人：FSI国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]