專利名稱：硅酸鹽材料的潔凈工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理硅酸鹽襯底表面的方法及其設(shè)備，特別是處理紋理化的 (textured)石英襯底。
背景技術(shù)：
在諸如介質(zhì)蝕刻或化學(xué)氣相沉積的大多數(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝過(guò)程中，在制造工藝中 使用的處理腔的內(nèi)表面和腔體部件上有時(shí)會(huì)形成多余的材料。重要的是確保這些沉積在處 理腔內(nèi)表面和腔體部件上的材料不會(huì)因?yàn)槠鋭兟?，掉落或被敲掉并沉積在正在腔體內(nèi)處理 的晶圓上而成為一個(gè)污染源。這種污染源能損壞晶圓，從而減少有用器件的良品率。例如，在介質(zhì)蝕刻中，長(zhǎng)鏈碳聚合物可能堆積在處理腔的內(nèi)側(cè)壁上。這些聚合物中 疏松的微?？赡軙?huì)在制造過(guò)程中脫落下來(lái)，從而污染晶圓。污染能導(dǎo)致高阻抗，后續(xù)層之間 的粘著問(wèn)題，絕緣性降低，以及其它性能和可靠性問(wèn)題。傳統(tǒng)上，必須通過(guò)手工擦洗來(lái)潔凈處理腔及其部件。在該傳統(tǒng)方法中，需要暫停制 造工藝并且需要打開(kāi)處理腔，從而能夠擦洗到內(nèi)側(cè)壁。有時(shí)，當(dāng)手工擦洗不夠干凈時(shí)，后續(xù) 處理的半導(dǎo)體的良品率會(huì)受到很大的影響。而且，擦洗并不能完全潔凈，尤其對(duì)于高表面積 的紋理化表面。其它方法被提出用來(lái)解決傳統(tǒng)手工擦洗方法中的存在的問(wèn)題。一種應(yīng)用于去除積 聚的氧化物和介電污染物的方法，包括使用等離子增強(qiáng)蝕刻工藝來(lái)“干洗”半導(dǎo)體工藝部 件。在該現(xiàn)有技術(shù)的方法中，同時(shí)高能激發(fā)諸如CF4和CHF3的氟基氣體與氧氣產(chǎn)生等離子 體，其與污染物反應(yīng)形成C02、SiF2和其它氣體化合物，然后通過(guò)處理腔的排氣系統(tǒng)利用真 空抽出腔體外。通常被用來(lái)制作腔體部件和腔體表面的多種硅酸鹽之一是石英(SiO2)。例如，石 英圓頂常用來(lái)構(gòu)造一些半導(dǎo)體腔體的頂部，以及石英噴嘴通常用來(lái)往半導(dǎo)體腔體內(nèi)注入氣 體。然而，現(xiàn)有技術(shù)方法通常不是很適合來(lái)潔凈含有石英襯底的處理腔。石英部件和圓頂 頻繁地取出送到專門的潔凈室潔凈或替換，增加了相當(dāng)大的費(fèi)用。石英通常被制造成具有光滑的表面，例如粗糙度為約16Ra。然而，那些在半導(dǎo)體制 造工藝中沉積在這種光滑表面的石英上的污染物不會(huì)很好地附著在該石英表面上，并且易 于從石英表面剝離，從而留在正在處理的半導(dǎo)體晶圓上。出于這個(gè)原因，石英通常通過(guò)增加 其表面積來(lái)形成“紋理”，例如通過(guò)粗糙化以增加污染層在石英上的黏附或“靜摩擦”。圖IA至ID所示了現(xiàn)有的粗糙化工藝100，其中粗砂110按照角度140與襯底130 的表面120呈60° -90°。如果該角度小于60°，則該紋理化工藝(texturing process) 要到達(dá)需要的效果所需時(shí)間較長(zhǎng)。然而，也發(fā)現(xiàn)如果按照以較大的角度進(jìn)行砂粒噴砂趨向 于在粗糙化后的表面形成裂紋150。如圖IC所示，這些裂紋會(huì)導(dǎo)致粗糙化表面的碎片從襯 底130上脫落，成為一個(gè)顆粒污染物160的源。這些顆粒污染物在晶圓生產(chǎn)過(guò)程中能引入 雜質(zhì)，從而對(duì)良品率起到反作用。另外，如圖ID所示，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，污染物可以附著在襯 底表面并最終剝落或以其它方式離開(kāi)襯底，并且呈碎片170掉落到晶圓上。
因此，需要一種形成紋理化的石英襯底表面的方法，該方法是要能產(chǎn)生很少的裂 紋和其它缺陷，并且該方法在保持高表面積的同時(shí)，能減少諸如那些聚積在表面上的灰塵 和其它污染物的顆粒物質(zhì)的剝落或脫落。另外，表面的形狀和粗糙度可以提供改進(jìn)的粘著 性，用來(lái)在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中吸附住這些顆粒物質(zhì)。同樣也需要能夠形成這種襯底表面的 系統(tǒng)，以及還需要能夠用于去除積累在例如石英的這些表面上的聚合物和光刻膠污染物的 方法和設(shè)備。還希望能增加紋理化石英表面的表面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于處理含硅材料尤其是紋理化的石英的方法及其設(shè)備。本發(fā) 明提供了高表面積(優(yōu)選地采用粗糙度測(cè)量)，可以增加污染層對(duì)紋理化石英工作表面的 靜摩擦。而且，本發(fā)明減少了在紋理化的石英表面的裂紋、破碎以及其它缺陷，這樣相應(yīng)地 減少了可能以從石英表面脫落或以其它方式剝落的污染物顆粒。在本發(fā)明的一方面，一種石英襯底表面處理方法包括制備用于提供具有初始工 作表面粗糙度的工作表面的石英襯底；然后超聲酸蝕刻該工作表面以使該工作表面的粗糙 度增加至少約10%。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，初始表面粗糙度大于約10Ra，以及在另一實(shí) 施例中，初始表面粗糙度大于約200Ra。在再一實(shí)施例中，如果初始表面區(qū)域的粗糙度小于 約200Ra，就要增加該區(qū)域的粗糙度使其大于約200Ra。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，該工作 表面的粗糙度增加至少約25%或者約50%。在另一實(shí)施例中，在超聲酸蝕刻該工作表面后用粒度大于約100的細(xì)砂進(jìn)行砂粒 噴砂。在另一實(shí)施例中，該細(xì)砂的粒度大于約200。在再一實(shí)施例中，在細(xì)砂噴砂后進(jìn)行第 二酸蝕刻。本發(fā)明的另一方面，一種石英表面的處理方法包括超聲酸蝕刻襯底以基本上除 去該襯底工作表面中的一個(gè)或多個(gè)裂紋；以及將該襯底進(jìn)行最終潔凈工藝，制備用于使用 的襯底。在一實(shí)施例中，該方法包括在超聲酸蝕刻之前對(duì)該工作表面進(jìn)行粗砂噴砂，產(chǎn)生具 有平均粗糙度(Ra)介于約100和約400Ra之間的粗糙表面。在另一實(shí)施例中，最終的潔凈工藝包括將該襯底與酸性溶液接觸，該酸性溶液選 自HF HNO3 H2O和HF H2O2 HNO3構(gòu)成的組，然后用去離子水漂洗；在超聲去離子水 浴中進(jìn)行襯底超聲處理；用氮?dú)飧稍镆r底以去除多余的濕氣；在加熱燈下或烤爐中加熱該 襯底直到完全烘干該襯底。在另一實(shí)施例中，該方法包括在最終的潔凈工藝前通過(guò)下述步驟對(duì)該襯底表面進(jìn) 行微粗糙化過(guò)程(a)設(shè)置加壓砂粒噴嘴，使其與該襯底表面保持預(yù)定距離并且與該襯底 表面呈小于約60°角；(b)以足以產(chǎn)生微粗糙化表面的速度對(duì)該表面進(jìn)行噴砂。本發(fā)明的另一方面，一種含硅材料表面的處理方法包括將該襯底浸泡在化學(xué)溶 液中基本上去除非有機(jī)污染物；用去離子水漂洗襯底；然后對(duì)該襯底進(jìn)行最終潔凈工藝， 制備用于使用的襯底。在一實(shí)施例中，該方法還包括在將該襯底浸泡在第一化學(xué)溶液之 前，先將該襯底浸泡在第二溶液中基本上去除有機(jī)污染物。在另一實(shí)施例中，該方法還包 括在浸泡第二化學(xué)溶液之后且在浸泡第一化學(xué)溶液之前，在烤爐中高溫加熱該襯底，以破 壞分子的化學(xué)鍵。另一方面，本發(fā)明包括一種用于進(jìn)行襯底表面粗糙化處理的設(shè)備，該設(shè)備包括基座，用于在粗糙化處理期間支撐襯底；具有噴嘴的加壓砂粒噴嘴，用于向襯底的表面噴砂， 其與襯底表面相距預(yù)定距離和并且成小于約60°的角；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)基座和砂粒源 中的一個(gè)或多個(gè)，以在粗糙化工藝期間提供噴嘴和基座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此應(yīng)該理解到本發(fā)明涉及用于含硅襯底的處理方法和設(shè)備，以及在一優(yōu)選實(shí)施 例中用于紋理化的石英表面的處理方法和設(shè)備。在以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行詳細(xì)描述中，可以完全理解本發(fā)明的這些以及其它優(yōu)點(diǎn)和特征。


圖IA到ID所示為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法制備的表面的示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明用于潔凈襯底表面的工藝流程圖；圖3A到3D所示為根據(jù)本發(fā)明的襯底表面處理設(shè)備以及襯底示意圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于蝕刻襯底的工藝流程圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于確定蝕刻和微粗糙化參數(shù)的工藝流程圖；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的潔凈工藝的實(shí)施例的流程圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明潔凈工藝的另一實(shí)施例的流程圖；圖8所示為用于檢查襯底表面粗糙度或損傷度的方法的流程圖；圖9A所示為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例用于處理石英表面的工藝流程圖；以及圖9B所示為在圖9A方法中不同階段的石英表面的示意圖。
具體實(shí)施例方式除特別說(shuō)明外，這里用到的所有技術(shù)和科學(xué)名詞的意思都與熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人 員所理解的意思相同?？梢岳斫猓景l(fā)明不限于在此描述的特定方法、方案以及試劑，并可 作出各種改變。在此，將這里引用的所有公開(kāi)物和專利都結(jié)合進(jìn)來(lái)作為參考，用于描述和公 開(kāi)可以與本發(fā)明的潔凈和微粗糙化工藝一起使用的方法和設(shè)備。I.定義進(jìn)行“微粗糙化”或“微粗糙度”意思是表面在平均位置上方和下方的短程區(qū)域內(nèi) 偏差的均方根，并包括在所涉及表面上的結(jié)構(gòu)微粗糙度在不同空間頻率或尺寸上的分布方 式。這是用來(lái)區(qū)別孤立表面缺陷和例如灰塵顆粒等的污染物的?？梢岳斫獾氖沁@里使用的術(shù)語(yǔ)“襯底”包括但不局限于經(jīng)受潔凈或微粗糙化過(guò)程 的部件、在襯底上以薄膜形式形成的半導(dǎo)體材料、同質(zhì)晶圓或多層晶圓。這里使用的術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體材料”包括但不局限于單晶硅、多晶硅、非晶硅以及 III-V族半導(dǎo)體材料。術(shù)語(yǔ)“襯底表面”包括半導(dǎo)體器件襯底以及在半導(dǎo)體器件襯底上制造出的所有 層。因此，襯底表面是指襯底上當(dāng)前最上層的表面，包括在其上形成的所有結(jié)構(gòu)。這里使用的術(shù)語(yǔ)“加壓”是指壓力高于大氣壓力。這里使用“砂?！笔侵溉魏文チ项w粒，例如超硬的晶體或多晶體物質(zhì)，或者其混合 物，并且包括但不局限于鉆石、多晶鉆石、立方氮化硼以及多晶立方氮化硼。這里使用的術(shù)語(yǔ)“蝕刻”是指材料的選擇性去除。包括但不局限于潔凈、拋光以 及紋理化(texturing)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“超聲”通常是指頻率范圍在18千赫以上以及直到2兆赫以上的
聲擾動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)以下優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步解釋。在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)代表相似的特征， 在不同的附圖中相同的標(biāo)號(hào)代表相同的特征。II.本發(fā)明的方法及設(shè)備一方面，本發(fā)明提供了用于潔凈、微粗糙化或處理襯底表面的方法。本發(fā)明還公開(kāi) 了如下所描述的方法能形成微粗糙襯底表面，該襯底表面與先前技術(shù)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。該 襯底在表面下具有較少的裂紋，這就減少了聚積在表面上的顆粒物的剝落或脫落，例如灰 塵以及其它污染物。而且，表面的形狀和粗糙度提供了改善的粘著性，能夠在半導(dǎo)體工藝過(guò) 程中收集這些顆粒物質(zhì)。而且，還可以增加表面積，這相應(yīng)增加了污染層對(duì)襯底的粘附能 力。該方法在潔凈高純度石英上的污染物方面具有顯著的效果，通?？梢栽诒蹢U、管 子、坩堝、圓頂、腔室以及鐘罩中找到這些污染物。該方法也可以用來(lái)潔凈其它半導(dǎo)體工件 上的污染物，這些工件包括例如可以在腔室頂、源環(huán)、軸環(huán)以及晶圓中找到的多晶硅和單晶 硅。以下是該方法的步驟以及用于實(shí)施該方法的設(shè)備。圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于潔凈諸如高純度石英的襯底的概括性方法200的 流程圖。優(yōu)選的襯底包括半導(dǎo)體制造設(shè)備部件，例如上面提到的部件。方法200從操作205 開(kāi)始并接著進(jìn)入操作210，該步操作210需要確定襯底是否是新襯底。如果襯底不是新的， 那么該方法進(jìn)行操作215潔凈該襯底去除任何的沉積物。這樣的潔凈方法將參考圖7進(jìn)一 步詳細(xì)描述?？梢允褂酶鞣N方法潔凈半導(dǎo)體生產(chǎn)襯底上的沉積物。在2001年8月21日提交的 申請(qǐng)?zhí)枮?9/945，259的共有美國(guó)專利申請(qǐng)中詳細(xì)描述了使用有機(jī)溶劑潔凈襯底的幾種優(yōu) 選方法，這里將該專利的全部?jī)?nèi)容結(jié)合進(jìn)來(lái)作為參考。在2001年8月10日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?09/927，263的共有美國(guó)專利中公開(kāi)了用于潔凈半導(dǎo)體制造襯底的其它方法，這里將該專利 的全部?jī)?nèi)容結(jié)合進(jìn)來(lái)作為參考。在圖2的步驟215之后，該方法進(jìn)入步驟220來(lái)檢查該襯底表面的粗糙度或損傷 情況。本文將參照?qǐng)D8詳細(xì)說(shuō)明該步檢查步驟。接著，在步驟225中，確定襯底表面是否達(dá)到需要的粗糙度參數(shù)。如果在方法200 的步驟225中確定該襯底未達(dá)到規(guī)格，那么該方法進(jìn)行確定步驟265，該步驟265確定襯底 表面粗糙度是否可以接受。如果粗糙度不能接受，那么方法200進(jìn)行步驟255，在步驟255 如這里已經(jīng)描述過(guò)的對(duì)襯底表面進(jìn)行噴砂粗糙。如果在步驟265中確定襯底表面的粗糙度 可以接受，那么進(jìn)行步驟260，蝕刻襯底表面以去除裂紋。如果襯底符合需要的粗糙度規(guī)格，那么執(zhí)行確定步驟230，該確定步驟230確定表 面是否需要進(jìn)行微粗糙化處理。如果該表面需要進(jìn)行微粗糙化處理，那么方法200執(zhí)行步 驟235，在步驟235該襯底表面經(jīng)過(guò)微粗糙化工藝。該微粗糙化工藝將參照?qǐng)D3A到3D詳細(xì) 說(shuō)明。如果表面不需要進(jìn)行微粗糙化處理，那么方法200執(zhí)行步驟240，在步驟240對(duì)襯 底表面進(jìn)行最終潔凈步驟240。該最終潔凈步驟將參照?qǐng)D6詳細(xì)說(shuō)明。在完成最終潔凈步 驟之后，方法200在步驟270結(jié)束。
參考圖2中的步驟210，如果在步驟210確定該襯底表面是新的，那么就執(zhí)行確定 步驟250，以確定該襯底表面是否是紋理化的。如果該襯底表面沒(méi)有紋理，那么該襯底就要 進(jìn)入步驟255進(jìn)行噴砂粗糙以形成紋理化表面?？梢酝ㄟ^(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的各種方法實(shí)施粗砂噴砂?？梢允褂脜⒄?qǐng)D3A 到3D描述的微粗糙化方法及其設(shè)備，同時(shí)根據(jù)需要例如增大砂粒尺寸或改變噴射角度，從 而將該襯底表面粗糙到一定程度，以對(duì)襯底表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)丶y理化。如果在圖2步驟250中，確定襯底表面已經(jīng)是紋理化的，或者如果該襯底表面已經(jīng) 經(jīng)過(guò)了步驟255的噴砂粗糙處理，那么方法200執(zhí)行步驟260，在步驟260蝕刻該襯底以去 除在襯底表面下方可能出現(xiàn)的所有裂紋。蝕刻步驟260參照?qǐng)D4詳細(xì)說(shuō)明。在圖2中，在蝕刻步驟260之后，方法200執(zhí)行步驟230，在步驟230確定該表面是 否需要進(jìn)行這里描述的微粗糙化工藝。在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，材料不僅沉積在晶圓上，還沉積襯底上，即半導(dǎo)體制造設(shè)備 的一部分。對(duì)于某些材料，如果這些襯底的表面不夠粗糙，那么材料不可能黏附在制造部件 上而可能從部件上剝落到晶圓上，從而污染晶圓。目前，在大多數(shù)的情況下，這些制造部件 的制造商不能在這些部件上提供足夠的粗糙度。這主要是由于現(xiàn)在的粗糙化處理，或者損 傷襯底部件或者使表面太平滑，上述兩種結(jié)果都對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生有害的影響。如果襯底表面過(guò)度的粗糙，對(duì)于較薄的制造組件可能被噴砂材料穿透。另一方面， 如果保護(hù)層長(zhǎng)時(shí)間的被噴砂，那么潔凈過(guò)程可能產(chǎn)生相對(duì)光滑的表面，這就足可以使材料 剝落到晶圓上?；蛘撸@些危害以外，在這些過(guò)度粗糙化的襯底表面下方可能形成裂紋， 尤其是石英，從而在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中襯底上大塊碎片剝落。參考圖3A到3D所說(shuō)明的方 法可以改正前述問(wèn)題。圖3A到3D所示為根據(jù)本發(fā)明原理具有經(jīng)過(guò)微粗糙化工藝200的表面310的襯底 305的實(shí)施例，該微粗糙化工藝200是圖2中的步驟230和235。該襯底表面微粗糙化工藝 包括具有噴嘴320的普通加壓砂粒源315，從這里可以向部分襯底305的襯底表面310噴 射大量砂粒(通常標(biāo)記為325)。為了說(shuō)明的目的，這里示出了具有凹型表面的襯底305，然 而可以理解的是，襯底表面可以具有其它的形狀，例如平面、環(huán)形等。可以設(shè)置基座(未示 出)，該基座用于在粗糙化操作過(guò)程中支撐襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底305由高純度的石英材料制成。加壓砂粒源315，例如真空 型珠噴砂工具(vacuum-typed bead blast tool)，設(shè)置在距襯底表面310約3到9英寸的位 置，優(yōu)選為6英寸，并于表面呈大約60°角，優(yōu)選角度為45° +/-5°，并最佳角度為45°。 如果該加壓砂粒源315偏離上述規(guī)定的角度范圍設(shè)置，那么粗糙化處理后的襯底表面310 可能具有前面提到的缺陷。該取決于方向的微粗糙化可以更容易地粘附污染原子或分子， 例如金屬。當(dāng)襯底305用于半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，這些原子或分子傾向于朝著襯底表面310 方向游離。優(yōu)選地，通過(guò)砂粒源移動(dòng)單元(grit source mobilization unit) 380保持該砂粒 角度不變。作為替代，該移動(dòng)單元380包括用于調(diào)整砂粒源噴嘴320的裝置，從而可以在微 粗糙化工藝之前或工藝中可以改變砂粒的噴射角度。在一個(gè)實(shí)施例中，在加壓砂粒源315向襯底表面310噴射大量砂粒325時(shí)，該加壓 砂粒源315在移動(dòng)單元380的驅(qū)使下沿著襯底表面310移動(dòng)，例如在輪子385、386、387上，沿著如圖3D所示的箭頭方向335，340移動(dòng)，類似于擺動(dòng)。作為替代，加壓砂粒源可以如圖 3B所示的單方向370移動(dòng)。優(yōu)選地，該加壓砂粒源和/或襯底表面彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)。作為上面提到的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的替代，或者附加，該加壓砂粒源可以向著襯底的旋轉(zhuǎn) 軸350移動(dòng)，例如，在放射狀臂桿360上移動(dòng)。當(dāng)與相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度合成時(shí)，加壓砂粒源和襯 底表面之間的平移運(yùn)動(dòng)就形成了以襯底或臂桿360的旋轉(zhuǎn)軸350為中心的螺旋狀軌跡355。噴射的砂粒形成了一個(gè)砂粒沖擊區(qū)域(未示出)。剛才描述的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)和平移 速度可以限定砂粒沖擊區(qū)域，從而通過(guò)調(diào)節(jié)這些速度可以調(diào)節(jié)或控制砂粒沖擊區(qū)域。在本 發(fā)明的一實(shí)施例中，砂粒沖擊區(qū)域沿著襯底中心輻射狀延伸方向橫跨了一個(gè)距離。在該實(shí) 施例中，微粗糙化方法包括彼此相對(duì)地旋轉(zhuǎn)表面310和加壓砂粒源315中的一個(gè)或多個(gè)，以 及與此同時(shí)，向著襯底旋轉(zhuǎn)軸的方向移動(dòng)加壓砂粒源，這樣就在加壓砂粒源315和襯底表 面310之間產(chǎn)生了相對(duì)旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)，從而限定了上述提到的螺旋狀軌跡355。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，提供的相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括以一定速度放射狀的移動(dòng)加壓砂粒 源，從而使得該加壓砂粒源移動(dòng)的距離等于，在加壓砂粒源和/或襯底繞著旋轉(zhuǎn)軸350的每 個(gè)完整旋轉(zhuǎn)后，砂粒沖擊區(qū)域橫跨的距離365。在該實(shí)施例中，當(dāng)螺旋狀軌跡完成后砂粒沖 擊區(qū)域完全并均勻地覆蓋襯底的表面?？梢灾貜?fù)上述過(guò)程以實(shí)現(xiàn)所需的微粗糙化表面。作為替代，提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括使加壓砂粒源以預(yù)定速度放射狀地移動(dòng)，從而使該 加壓砂粒源放射狀移動(dòng)預(yù)定距離，該預(yù)定距離小于砂粒沖擊區(qū)域，在加壓砂粒源繞著旋轉(zhuǎn) 軸350的中心完成每個(gè)完整旋轉(zhuǎn)后，橫跨的距離365。在粗糙化處理中使用的大量砂粒325可以使用任何適合的研磨材料例如在申請(qǐng) 號(hào)為No. 5，170，245的美國(guó)專利中描述的氧化鋁、碳化硅和/或碳化鎢，這里將其結(jié)合進(jìn)來(lái) 作為參考。砂粒的尺寸通常在16和100之間并且該工藝的優(yōu)選實(shí)施例中，使用的砂粒尺寸 是16和100的中間值。該砂粒330以足以使襯底表面310粗糙化的速度噴射到襯底表面 310。噴砂時(shí)間和獲得的表面粗糙度之間的關(guān)系是取決于使用的襯底的類型并且熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以確定他們之間的關(guān)系。可以理解，砂粒沖擊區(qū)域的尺寸將根據(jù)操作參數(shù)而改變。例如，噴嘴320的開(kāi)口可 以改變沖擊區(qū)域的尺寸，或者實(shí)施的運(yùn)動(dòng)速度也可以改變沖擊區(qū)域的尺寸，或改變壓力也 可以改變沖擊區(qū)域的尺寸。從上述可以很明顯知道，本發(fā)明提供了一種通過(guò)粗糙化工藝處 理襯底表面的方法。該方法包括以下步驟設(shè)置加壓砂粒源與需要粗糙化的對(duì)象的表面相 距預(yù)定的距離并且呈所需的角度；以及從加壓砂粒源以足以形成粗糙表面的速度向襯底表 面噴射砂粒。經(jīng)過(guò)粗糙化的表面可以增加該表面的表面積，并且因此增加了污染層對(duì)襯底 工作表面的靜摩擦。圖4所示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的蝕刻工藝400。蝕刻工藝400在步驟410開(kāi)始 并接著進(jìn)行步驟420，在步驟420確定蝕刻和微粗糙化參數(shù)?？梢詤⒄?qǐng)D5更詳細(xì)地說(shuō)明步 驟 420。接著，蝕刻工藝400然后進(jìn)入步驟430，在步驟430對(duì)襯底表面進(jìn)行酸輔助蝕刻，
如在申請(qǐng)?zhí)枮?No._(代理號(hào) 59081-8007. US01)，名稱為"Ultrasonic Assisted Etch
Using Corrosive Liquids”的共有美國(guó)專利中詳細(xì)描述了該方法，這里將該專利的全部?jī)?nèi) 容結(jié)合進(jìn)來(lái)作為參考。在酸輔助蝕刻操作430后，方法400在步驟440結(jié)束。圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的確定蝕刻和微粗糙化參數(shù)的工藝流程圖。在圖5中，方法420從步驟510開(kāi)始并且進(jìn)入步驟512獲取樣品(“試樣”)。然后在步驟514中確定 該樣品是否是紋理化的。如果確定該樣品沒(méi)有紋理化，那么該方法進(jìn)入步驟516將該樣品 紋理化。然而，如果確定該樣品是紋理化的，那么該方法進(jìn)入步驟518，在該步驟518進(jìn)行 表面粗糙度的測(cè)試。接著該方法進(jìn)入步驟520，確定進(jìn)行蝕刻參數(shù)和微粗糙化參數(shù)的試探 確定(heuristicdetermination)。例如，這個(gè)試探確定可以包括根據(jù)表面粗糙度查表的過(guò) 程。該方法420在步驟522結(jié)束。圖6所示為最終潔凈工藝600。在圖6中，從步驟610開(kāi)始并且進(jìn)入確定步驟 620，在步驟620確定潔凈的類型。從步驟620開(kāi)始，襯底表面或者在步驟630中用諸如 HF H2O2 HNO3的酸溶液噴淋，或者在步驟640中浸泡在諸如HF HNO3 H2O的潔凈溶 液中10到30分鐘。然后，最終潔凈方法600進(jìn)入步驟650，在步驟650中用20°C -50°C的去離子水漂 洗襯底表面5-15分鐘。然后在步驟650之后進(jìn)入步驟660，在步驟660將襯底表面置于 380C -46°C的去離子水中超聲波處理大約30分鐘。然后在步驟670中用N2吹襯底表面大 約3-5分鐘，直到視覺(jué)上認(rèn)為該襯底表面已經(jīng)吹干。接著潔凈方法600進(jìn)入步驟680，在步 驟680將襯底表面置于加熱燈或烤爐中烘干2-4小時(shí)。然后最終潔凈方法600在步驟690 結(jié)束。圖7描述了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種普通潔凈工藝700，其相應(yīng)與圖2中的步驟 215，從而可以除去在晶圓處理中沉積在半導(dǎo)體設(shè)備襯底表面上的聚合物。該工藝700從步 驟705開(kāi)始，并且進(jìn)入步驟710，在步驟710執(zhí)行預(yù)檢查步驟以確定沉積在襯底表面上的聚 合物類型。該預(yù)檢查步驟可以包括制備和測(cè)試襯底表面，以及其它預(yù)檢查步驟，這是對(duì)于熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是清楚的。當(dāng)確定該沉積物為有機(jī)物后，用去離子水和溶液進(jìn)行 表面萃取，然后通過(guò)總有機(jī)物碳分析儀(Total Organic Carbon Analyzer :T0C)和氣相色 譜分析(Gas Chromatography :GC)或用氣相色譜一質(zhì)譜分析儀(Gas Chromatographywith Mass Spectrometry :GCMS)。作為替代或者附加，整個(gè)襯底表面可以在高溫下排出氣體，然 后用動(dòng)態(tài)頂部空間GCMS或ATD GCMS分析該排出氣體。然后根據(jù)在步驟710中確定的聚合物類型進(jìn)行確定步驟715。如果該沉積聚合物 類型是有機(jī)物，那么方法700進(jìn)入步驟720，在步驟720將襯底在有機(jī)溶劑中浸泡、用有機(jī)溶 劑潤(rùn)濕、用有機(jī)溶劑浸濕和/或蒸汽接觸有機(jī)溶劑。大量的有機(jī)溶劑可以用于軟化、分解有 機(jī)聚合物、以及從襯底表面上去除有機(jī)聚合物。優(yōu)選地，三種類型的有機(jī)溶劑包括吡咯基 溶液，例如η-甲基吡咯烷酮(NMP)、α -吡咯烷酮、β -吡咯烷酮、吡咯烷和吡咯；胺基溶液， 例如羥胺，乙胺(ethylamine)，甲胺，二乙胺和三乙胺；以及氟/醚基溶液，例如乙基全氟異 丁基醚、乙基全氟丁基醚、壬氟丁基甲基醚、壬氟異丁基甲基醚、癸氟戊烷。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，加熱該有機(jī)溶液，例如大約23°C到大約60°C內(nèi)，以提 高有機(jī)聚合物的軟化和分解速度。將襯底浸泡在有機(jī)溶液后，方法700進(jìn)入步驟725，在步驟725再一次檢測(cè)襯底表 面是否殘留有任何的有機(jī)聚合物。如果在步驟730中確定仍有無(wú)法接受的數(shù)量的一種或多 種有機(jī)聚合物殘留，那么方法700進(jìn)入步驟735，在步驟735襯底經(jīng)過(guò)高溫熔爐中，例如在常 壓下且溫度范圍在600°C到800°C的條件下烘烤大約2個(gè)小時(shí)，以分解有機(jī)聚合物。重復(fù)步 驟735直到在步驟740確定表面上釋放出的有機(jī)聚合物數(shù)量達(dá)到可以接受的級(jí)別為止。
如果在任一個(gè)確定步驟715、730以及740中，襯底表面被認(rèn)為是基本沒(méi)有有機(jī)聚 合物殘留，那么方法700進(jìn)入步驟745，在步驟745中將襯底浸泡在酸性溶液中，直到通過(guò) 檢測(cè)認(rèn)為該襯底表面潔凈，例如視覺(jué)檢查。該用于酸浸泡的酸性溶液通常含有氫氟酸和/ 或硝酸。氫氟酸能夠通過(guò)分解襯底表面上的硅和鋁的氧化物破壞硅鋁化學(xué)鍵。這就釋放 出任何相關(guān)金屬雜質(zhì)，從表面能夠漂洗掉該雜質(zhì)。硝酸可以被用于穩(wěn)定并增加一些金屬雜 質(zhì)的溶解性，從而使不溶解的鈣和鎂的氟化物仍保留在溶液中而從襯底表面清除掉。優(yōu)選 地 HF HNO3 H2O 的濃度包括 10% 30% 60% ,10-20% 20-40% 接近 100%、和 5-30% 10-50% 接近 100%。在襯底表面在酸性溶液中浸泡處理潔凈后，方法700進(jìn)入步驟750，在步驟750襯 底表面在大約20°C到約50°C下用去離子水漂洗5-15分鐘。在用去離子水漂洗后，方法700 在步驟755結(jié)束。在圖8中，工藝220從步驟800開(kāi)始，并且在步驟802中檢查表面的粗糙度。該步驟 通常是使用表面粗糙度(Ra)測(cè)量?jī)x例如表面光度儀(profilometer)完成的，這種儀器可 以從不同的賣家那里購(gòu)買，例如日本Mitotoyo公司或美國(guó)聯(lián)邦公司或美國(guó)Tavlor Hobson 公司。然后工藝?yán)^續(xù)步驟804，在步驟804優(yōu)選地使用掃描電子顯微鏡(SEM)放大表面大 約2000倍。在放大了的SEM照片中能夠清楚地看到裂紋以及其它缺陷。然后該工藝220 在步驟806結(jié)束。為了能增加實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)量并同時(shí)減少實(shí)驗(yàn)室工人暴露在這里所述的危險(xiǎn)反應(yīng)物下， 可以采用機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)上述的生產(chǎn)設(shè)備組件和/或方法步驟。 例如，機(jī)器人可以執(zhí)行向容器內(nèi)引入溶液(酸性或水溶液)，旋轉(zhuǎn)襯底和/或加壓砂粒噴嘴、 以及溫度的控制，以增加處理工藝的生產(chǎn)量。這樣，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，通過(guò)為了執(zhí)行 這種任務(wù)而開(kāi)發(fā)的機(jī)器人或自動(dòng)化系統(tǒng)執(zhí)行處理工藝。圖9A為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例用于處理石英表面的方法的流程圖。圖9B所示為 圖9A的方法中各個(gè)階段中石英的表面。下面通過(guò)彼此參考說(shuō)明圖9A和圖9B。在圖9A中，方法900從步驟910開(kāi)始并且進(jìn)入步驟255，，在步驟255，粗糙地粗糙 化石英表面，從初始的粗糙度Ra 16增加到Ra 400。因此，增加了石英表面的表面積。圖 9B的表面950示出了粗糙度約為Ra 16的表面。表面952示出了粗糙度約為Ra 400的表 面。根據(jù)一些實(shí)施例，通過(guò)使用砂粒尺寸在36到100范圍的氧化鋁或碳化硅噴砂石英表面 而使石英表面被粗糙地粗糙化。操作255’之后，方法900進(jìn)入步驟260’執(zhí)行強(qiáng)蝕刻操作，從而將石英表面的粗 糙度增加到Ra 600，并去除微裂紋。圖9B的表面954示出了粗糙度約為Ra 600的表面。 根據(jù)某些實(shí)施例，通過(guò)使用包括比例為1 1 1的氫氟酸，硝酸和水的蝕刻溶液蝕刻石 英表面大約30分鐘到60分鐘來(lái)執(zhí)行強(qiáng)蝕刻。根據(jù)某些其它實(shí)施例，通過(guò)使用包括比例為 1:2: 2的氫氟酸，硝酸和水的蝕刻溶液蝕刻該石英表面大約120分鐘執(zhí)行強(qiáng)蝕刻。在步驟260’之后，方法900進(jìn)入步驟235’精細(xì)地粗糙化石英表面，從而將粗糙度 (以及表面積)增加到大約Ra 600+，并增加了石英表面上污染層的附著或靜摩擦。根據(jù)一 些實(shí)施例，通過(guò)使用砂粒尺寸大約為220的氧化鋁或碳化硅噴砂石英表面來(lái)精細(xì)地粗糙化 該石英表面。圖9B的表面956示出了粗糙度大約為Ra 600+的表面。
在步驟235’之后，方法900可選地進(jìn)入步驟240’以進(jìn)行弱蝕刻，從而進(jìn)一步增加 石英表面的粗糙度(以及表面積)。圖9B的表面958示出了粗糙度為Ra 600+的表面。根 據(jù)一些實(shí)施例，通過(guò)使用包括比例為1 3 3的氫氟酸、硝酸和水的蝕刻溶液蝕刻石英表 面大約2到3分鐘以執(zhí)行弱蝕刻。根據(jù)另一些實(shí)施例，通過(guò)使用包括比例為1 1 1氫氟 酸、硝酸和水的蝕刻溶液蝕刻石英表面大約10分鐘以執(zhí)行弱蝕刻。該方法900在步驟960 結(jié)束。盡管已經(jīng)參照具體實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯 然可以在不脫離本發(fā)明的情況下作出各種修改和改進(jìn)。例如上述描述的技術(shù)和設(shè)備可以用 于不同的組合，并且也可以預(yù)料到本發(fā)明的其它使用。值得注意的是，在說(shuō)明書(shū)中討論的具 體實(shí)施例的等效物也可以用于本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種石英襯底表面處理方法，所述方法包括超聲酸蝕刻襯底以基本上去除所述襯底工作表面中的一條或多條的裂紋；以及將所述襯底表面進(jìn)行最終潔凈工序來(lái)制備用于使用的所述襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英襯底表面處理方法，還包括在超聲酸蝕刻之前進(jìn)行粗砂噴砂所述工作表面，使粗糙化后的表面具有在約IOORa和 約400Ra之間的平均表面粗糙度(Ra)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英襯底表面處理方法，其中所述最終潔凈工序包括 將所述襯底與酸性溶液接觸，所述酸性溶液選自由HF HNO3 H2O和HF H2O2 HNO3構(gòu)成的組；用去離子水漂洗所述襯底； 在超聲去離子水浴中對(duì)所述襯底進(jìn)行超聲處理； 用氮?dú)飧稍锼鲆r底以去除多余的濕氣；以及 在加熱燈下或在烤爐中加熱所述襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英襯底表面處理方法，還包括在所述最終潔凈工序之前通過(guò)下述步驟微粗糙化所述襯底的所述表面(a)設(shè)置加壓砂粒噴嘴，使其與所述襯底表面保持預(yù)定距離并且與所述襯底表面的角 度小于約60° ；以及(b)從所述噴嘴以足以產(chǎn)生微粗糙化表面的速度向所述表面噴射砂粒。
5.一種含硅襯底的表面處理方法，包括將所述襯底浸泡在化學(xué)溶液中以基本上去除無(wú)機(jī)污染物； 用去離子水漂洗所述襯底；以及將所述襯底表面進(jìn)行最終潔凈工序，以制備用于使用的襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含硅襯底的表面處理方法，其中，所述化學(xué)溶液是第一化學(xué) 溶液，并且還包括在將所述襯底浸泡在所述第一化學(xué)溶液之前，將所述襯底浸泡在第二化學(xué)溶液中以基 本上去除有機(jī)污染物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含硅襯底的表面處理方法，還包括在將所述襯底浸泡在所述第二化學(xué)溶液之后，但在將所述襯底浸泡在所述第一化學(xué)溶 液之前，在熔爐中高溫加熱所述襯底以破壞化學(xué)鍵。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含硅襯底的表面處理方法，其中，所述最終潔凈工序包括 將所述襯底與酸性溶液接觸，所述酸性溶液選自由HF HNO3 H2O和HF H2O2 HNO3構(gòu)成的組；用去離子水漂洗所述襯底； 在超聲去離子水浴中對(duì)所述襯底進(jìn)行超聲處理； 用氮?dú)飧稍锼鲆r底直到基本上視覺(jué)上干燥；以及 在加熱燈下或在烤爐中加熱所述襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含硅襯底的表面處理方法，其中所述第二化學(xué)溶液為有機(jī)溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含硅襯底的表面處理方法，其中所述第一化學(xué)溶液是酸性溶液，其包含由氫氟酸、硝酸和水構(gòu)成的組中的一種或多種。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含硅襯底的表面處理方法，還包括在所述最終潔凈工序之前微粗糙化所述襯底的所述表面，包括(a)設(shè)置加壓砂粒噴嘴，使其與所述襯底表面保持預(yù)定距離并且與所述襯底表面的角 度小于約60° ；以及(b)從所述噴嘴以足以產(chǎn)生微粗糙化表面的速度向所述表面噴射砂粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的含硅襯底的表面處理方法，其特征在于，所述設(shè)置步驟包 括設(shè)置所述噴嘴，使其距離所述表面約2英寸到約10英寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的含硅襯底的表面處理方法，其中所述設(shè)置步驟包括設(shè)置所 述噴嘴使其距離所述表面約6英寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的含硅襯底的表面處理方法，其中所述設(shè)置步驟包括設(shè)置所 述噴嘴使其與所述表面成約40°到約50°的角。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的含硅襯底的表面處理方法，其中所述設(shè)置包括設(shè)置所述噴 嘴，使其與所述表面成約45°的角。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的含硅襯底的表面處理方法，還包括使所述噴嘴和所述表面 相對(duì)地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的含硅襯底的表面處理方法，其中所述襯底圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)，并且所述方法還包括向所述旋轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)所述噴嘴，進(jìn)而在所述噴嘴和所述襯底表 面之間提供相對(duì)的旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)所述噴嘴相對(duì)所述襯底表面的運(yùn)動(dòng)來(lái)限定一 個(gè)以旋轉(zhuǎn)中心為中心的螺旋狀軌跡。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的含硅襯底的表面處理方法，還包括將所述噴嘴安裝在相對(duì) 于所述旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀的臂桿上。
19.按照權(quán)利要求5所述的方法制造的含硅襯底的表面。
20.一種用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，包括基座，用于在粗糙化操作中支撐所述襯底；具有噴嘴的加壓砂粒噴嘴，用于向所述襯底的表面噴砂，其與所述襯底距離預(yù)定距離 且與所述襯底表面呈小于約60°的角；以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)所述基座和所述加壓砂粒噴嘴中的一個(gè)或多個(gè)以在所述粗糙化操 作中，在所述噴嘴和所述基座之間提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，還包括沿著所述基座的中心 軸向外延伸的臂桿，其上安裝有所述噴嘴，并用于在所述基座的中心和外圍之間可控制地 移動(dòng)所述噴嘴，進(jìn)而在所述噴嘴和所述基座之間提供相對(duì)的旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)，從而在所述 粗糙化操作中限定以與所述襯底中心一致的旋轉(zhuǎn)中心為中心的螺旋狀軌跡。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，還包括用于向所述襯底的 表面噴砂的多個(gè)噴嘴，其距離所述襯底表面預(yù)定距離并且與所述襯底表面成小于或等于約 60°的角。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，其中所述噴嘴適于距離所述 襯底約2英寸到約10英寸之間向所述襯底表面噴砂。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，其中所述噴嘴適合距離所述襯底約6英寸向所述襯底表面噴砂。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，其中加壓砂粒源設(shè)置為與所 述表面成大約40°到約50°的角。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的用于粗糙化襯底表面的設(shè)備，其中所述加壓砂粒源設(shè)置為 與所述表面成約45°角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種石英襯底的處理方法，該方法包括制備用于提供具有初始粗糙度的工作表面的襯底；然后超聲酸蝕刻該工作表面使其粗糙度增加至少約10％。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，初始表面粗糙度大于約10Ra，以及在另一實(shí)施方式中，初始表面粗糙度大于約200Ra。在再一實(shí)施例中，如果初始表面區(qū)域的粗糙度小于約200Ra，就要增加該區(qū)域的粗糙度使其大于約200Ra。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，工作表面的粗糙度增加至少約25％或者約50％。同時(shí)，隨著表面區(qū)域粗糙度的增加，由于減少襯底上顆粒的污染而減少了表面的缺陷。
文檔編號(hào)C23F1/00GK101901743SQ201010151738
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者薩曼莎·坦, 陳寧 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司