专利名称：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的制作方法
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：
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
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。
图I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。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。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。
具体实施例方式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,其公开的内容通过弓I用并入本文。如图I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爸中产生。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。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。
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，O. I至O. 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O. 5至I. 5乇，并且臭氧的分压优选为O. 0005至I乇，更优选为O. 0025至O. 33乇，最优选从O. 05至O. 08乇。UV灯组件80通过石英窗130用优选波长为254nm和强度在O. 05和5之间W/cm2的UV光照射半导体衬底50持续10秒至I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。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。
在如图I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。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。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。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。Beer-Lambart定律可以计算通过充气室140/240的UV光的透射率
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 底表面，顶表面以及在所述底表面和所述顶表面之间延伸的侧壁； 位于所述顶表面和所述底表面之间的充气室；以及 与所述充气室流体连通的至少一个气体通道。
2.根据权利要求I所述的石英窗，其中所述石英是合成石英，和/或所述石英窗包括与所述充气室流体连通的能运行以使所述含臭氧的气体能够供应到所述充气室的第一气体通道以及与所述充气室流体连通的能运行以使所述充气室能排空的第二气体通道。
3.根据权利要求I所述的石英窗，其中所述充气室位于两个石英板之间，该两个石英板之间有真空密封件以定义所述充气室，成对的石英板连接在一起并且在所述成对的石英板的相对表面之间加工出所述充气室，或者将成对的石英板连接到石英环上，以将所述充气室定义在所述成对的石英板的相对表面之间并在所述环内部。
4.一种脱气腔室，其包括 根据权利要求I所述的石英窗，其可拆卸地安装在所述脱气腔室的顶壁中的开口上；以及 UV灯组件，其设置在所述石英窗的上方。
5.根据权利要求4所述的脱气腔室，其中 臭氧源通过分支气体管线的第一分支与所述至少一个气体通道流体连通，通过所述第一分支的气体流由第一阀控制，所述臭氧源能运行以供应含臭氧的气体到所述充气室；所述臭氧源通过所述分支气体管线的第二分支与第一真空泵的入口流体连通，通过所述第二分支的气体流由第二阀控制，所述第一真空泵能运行以排空所述充气室； 臭氧破坏单元通过第三气体管线与所述第一真空泵的出口流体连通，所述臭氧破坏单元能运行以破坏流过其中的臭氧； 所述臭氧源通过第四气体管线与所述脱气腔室流体连通，通过所述第四气体管线的气体流由第四阀控制，所述臭氧源能运行以提供含臭氧的气体给所述脱气腔室； 所述脱气腔室通过第五气体管线与所述第二真空泵的所述入口流体连通，通过所述第五气体管线的气体流由第五阀控制，所述第二真空泵能运行以排空所述脱气腔室；以及所述第二真空泵的出口通过第六气体管线与所述臭氧破坏单元流体连通； 所述脱气腔室还包括控制器，该控制器能运行以控制所述第一、第二、第四和第五阀、所述臭氧源和/或在所述充气室和所述脱气腔室中的气体压强。
6.根据权利要求4所述的脱气腔室，其中所述石英窗通过多个夹具可拆卸地安装，并且在所述石英窗和所述脱气腔室的上表面之间设置O形环，以提供真空密封。
7.根据权利要求4所述的脱气腔室，其中所述充气室掩盖位于所述顶壁中的整个开口，通过该开口，所述半导体衬底暴露于来自所述UV灯组件的UV光。
8.—种处理半导体衬底的方法，其包括 (a)将半导体衬底输送到权利要求4所述的脱气腔室中； (b)向所述脱气腔室供应含臭氧的气体； (c)排空所述充气室； (d)使用通过所述石英窗的UV光照射所述脱气腔室内的所述含臭氧的气体以在所述腔室产生O自由基； (e)使在所述半导体衬底上的含卤素的残留物与所述O自由基反应一段时间以形成挥发性副产物，并将所述挥发性副产物从所述腔室中排出； (f)将所述含臭氧的气体供给到所述充气室中并调整在所述充气室内的臭氧的分压，以基本阻挡所述UV光； (g)排空所述脱气腔室； (h)将所述半导体衬底输送出所述脱气腔室； (i)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(h)。
9.一种处理半导体衬底的方法，其包括 (a)将半导体衬底输送到权利要求4所述的脱气腔室中； (b)向所述脱气腔室供应含臭氧的气体； (C)调整在所述充气室内的臭氧的分压使得通过所述石英窗的UV光的透射率被调整至所期望的值； (d)使用通过所述石英窗的UV光照射所述脱气腔室内的所述含臭氧的气体以产生O自由基； (e)使在所述半导体衬底上的含卤素的残留物与所述O自由基反应一段时间以形成挥发性副产物，并将所述挥发性副产物从所述腔室中排出； (f)调整在所述充气室内的所述臭氧的分压，以基本阻挡所述UV光； (g)排空所述脱气腔室； (h)将所述半导体衬底输送出所述脱气腔室； (i)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(h)。
10.一种处理半导体衬底的方法，其包括 (a)将半导体衬底输送到权利要求4所述的脱气腔室中； (b)用UV光传感器测量来自所述UV灯组件的UV光辐射通量； (c)向所述脱气腔室供应含臭氧的气体； (d)根据所测量的所述UV光辐射通量，调整在所述充气室内的臭氧的分压使得通过所述石英窗的UV光辐射通量被调整至所期望的值； (e)使用通过所述石英窗的UV光照射所述脱气腔室内的所述含臭氧的气体以在所述脱气腔室内产生O自由基； (f)使在所述半导体衬底上的含卤素的残留物与所述O自由基反应一段时间以形成挥发性副产物，并将所述挥发性副产物从所述腔室中排出； (g)调整在所述充气室内的所述臭氧的分压至基本有效阻挡所述UV光的分压； (h)排空所述脱气腔室； (i)将所述半导体衬底输送出所述脱气腔室； U)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(i)。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述UV灯组件在贯穿步骤(a)-(i)的过程中维持开通状态；所述充气室中的所述臭氧的分压与所述充气室的垂直高度的积为4至53厘米 乇；所述含臭氧的气体包含O. I至O. 5wt%的氮气；所述含卤素的残留物包含溴；和/或所述一段时间为15至60秒。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述UV灯组件在贯穿步骤(a)-(i)的过程中维持开通状态；所述充气室中的所述臭氧的分压与所述充气室的垂直高度的积为4至53厘米·乇；所述含臭氧的气体包含O. I至O. 5wt%的氮气；所述含卤素的残留物包含溴；和/或所述一段时间为15至60秒。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述UV灯组件在贯穿步骤(a)-(j)的过程中维持开通状态；所述充气室中的所述臭氧的分压与所述充气室的垂直高度的积为4至53厘米·乇；所述含臭氧的气体包含O. I至O. 5wt%的氮气；所述含卤素的残留物包含溴；和/或所述一段时间为15至60秒。
14.一种在根据权利要求5所述的脱气腔室中处理半导体衬底的方法，所述方法包括 (a)通过所述控制器关闭所述第二、所述第四和所述第五阀，通过所述控制器打开所述第一阀以供应所述含臭氧的气体至所述充气室，并通过所述控制器调整所述充气室内的臭氧的分压以基本阻挡所述UV光； (b)通过所述控制器关闭所述第一阀并打开所述第五和所述第二阀以排空所述脱气腔室; (C)将半导体衬底输送到所述脱气腔室中； (d)通过所述控制器打开所述第一阀以排空所述充气室； (e)通过所述控制器关闭所述第一和所述第二阀并打开所述第四阀以向所述脱气腔室供应含臭氧的气体； (f)使用通过所述石英窗的UV光照射所述脱气腔室内的所述含臭氧的气体以在所述腔室内产生O自由基； (g)使在所述半导体衬底上的含卤素的残留物与所述O自由基反应一段时间以形成挥发性副产物，并将所述挥发性副产物从所述腔室中排出； (h)通过所述控制器关闭所述第四和所述第五阀并打开所述第一阀以供应所述含臭氧的气体至所述充气室，并通过所述控制器调整所述充气室内的臭氧的分压以基本阻挡所述UV光； (i)通过所述控制器关闭所述第一阀并打开所述第二和所述第五阀以排空所述脱气腔室； U)将所述半导体衬底输送出所述脱气腔室； (k)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(j)。
15.—种脱气腔室,其包括 根据权利要求2所述的石英窗，其可拆卸地安装到所述脱气腔室的顶壁中的开口上；以及 UV灯组件，其设置在所述石英窗的上方。
16.根据权利要求15所述的脱气腔室，其中 臭氧源通过第一气体管线的与所述第一气体通道流体连通，通过所述第一气体管线的气体流由第一阀控制，并且所述臭氧源通过所述第二气体管线与所述第二脱气腔室流体连通，通过所述第二气体管线的气体流由第二阀控制，所述臭氧源能运行以供应含臭氧的气体到所述充气室和/或所述脱气腔室； 所述第二气体通道通过第三气体管线与真空泵的入口流体连通，通过所述第三气体管线的气体流由第三阀控制，所述真空泵能运行以排空所述充气室； 所述脱气腔室通过第四气体管线与所述真空泵的所述入口流体连通，通过所述第四气体管线的气体流由第四阀控制，所述真空泵能运行以排空所述脱气腔室； 臭氧破坏单元通过第五气体管线与所述真空泵的出口流体连通，所述臭氧破坏单元能运行以破坏流过其中的臭氧；以及 所述脱气腔室还包括控制器，该控制器能运行以控制所述第一、所述第二、所述第三、和所述第四阀、所述臭氧源和/或所述充气室和所述脱气腔室中的气体压强。
17.一种在根据权利要求16所述的脱气腔室中处理半导体衬底的方法，所述方法包括 (a)通过所述控制器关闭所述第二阀，通过所述控制器打开所述第一、所述第三和所述第四阀以排空所述脱气腔室，并且供应所述含臭氧的气体至所述充气室，以及通过所述控制器调整所述充气室内的臭氧的分压，从而基本阻挡所述UV光； (b)将半导体衬底输送到所述脱气腔室中； (C)通过所述控制器关闭所述第一阀并打开所述第二阀以向所述脱气腔室供应含臭氧的气体，并排空所述充气室； (d)使用通过所述石英窗的UV光照射所述脱气腔室内的所述含臭氧的气体以在所述腔室内产生O自由基； (e)使在所述半导体衬底上的含卤素的残留物与所述O自由基反应一段时间以形成挥发性副产物，并将所述挥发性副产物从所述腔室中排出； (f)通过所述控制器关闭所述第二阀并打开所述第一阀以排空所述脱气腔室，并供应所述含臭氧的气体至所述充气室，以及通过所述控制器调整所述充气室内的臭氧的分压，从而基本阻挡所述UV光； (g)将所述半导体衬底输送出所述脱气腔室； (h)对另一半导体衬底重复步骤(a)-(g)。
18.—种制造根据权利要求I所述的石英窗的方法，所述方法包括将具有加工在其中的所述充气室和通道的两石英板熔合在一起，或者将两石英板和夹于该两石英板之间的弹性密封环夹持在一起，从而形成所述充气室。
全文摘要
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。
文档编号H01L21/02GK102934199SQ201180027801
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年6月9日
发明者耶-库恩·维克特·王, 尚-I·周, 贾森·奥古斯蒂诺 申请人:朗姆研究公司