專利名稱：用于處理襯底的處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理襯底的方法和系統(tǒng)，尤其是涉及對襯底進行化學和熱處理的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在半導體處理期間，可以利用(干法)等離子體蝕刻工藝沿在硅襯底上圖案化的細線或通孔或接觸去除或蝕刻材料。等離子體蝕刻工藝通常包括將帶有上覆的圖案化的保護層(例如，光刻膠層)的半導體襯底定位在處理室中。一旦該襯底定位在處理室內(nèi)，將可電離的游離氣體混合物以預定的流速引入室內(nèi)，同時使真空泵節(jié)流以獲得環(huán)境工藝壓力。此后，當現(xiàn)存的一小部分氣體物質(zhì)被受熱的電子電離時，形成了等離子體。借助于電感或電容方式傳遞的射頻(RF)功率，或者使用例如電子回旋共振(ECR)的微波功率的傳輸，能夠加熱電子而且，受熱的電子用來解離環(huán)境氣體物質(zhì)的一些物質(zhì)，并且生成適合于暴露表面蝕刻化學的反應性物質(zhì)。一旦形成等離子體，所選定的襯底表面被等離子體蝕刻。調(diào)節(jié)該工藝以獲得適合的條件，包括所需的反應物的適合濃度和在襯底的所選擇的區(qū)域蝕刻各種構(gòu)造(例如，溝道、過孔、接觸、柵等)的離子數(shù)。需要蝕刻的該種襯底材料包括二氧化硅(SiO2)、低介電常數(shù)介電材料、多晶硅和氮化硅。
在材料處理期間，蝕刻這些構(gòu)造通常包括將形成在掩膜層內(nèi)的圖案轉(zhuǎn)移到下面的膜中，在該下面的膜中形成各個構(gòu)造。掩膜可以例如包括諸如(負或正)光刻膠的光敏材料、包括諸如光刻膠和抗反射涂層(ARC)之類層的多層，或由諸如光刻膠的第一層中的圖案轉(zhuǎn)移到下層的硬質(zhì)掩膜層而形成的硬質(zhì)掩膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于處理襯底的方法和系統(tǒng)，并且涉及化學處理襯底和熱處理襯底的系統(tǒng)和方法。
在本發(fā)明的一方面，描述在化學氧化物的去除工藝中獲得襯底上的構(gòu)造的修整量的方法，包括設(shè)定用于化學氧化物去除工藝的工藝處方，其中設(shè)定工藝處方包括設(shè)定第一工藝氣體量，設(shè)定第二工藝氣體量；通過設(shè)定惰性氣體量調(diào)節(jié)用于化學氧化物去除工藝的工藝處方，以獲得修整量；通過使用工藝處方暴露襯底，化學處理襯底上的構(gòu)造；從構(gòu)造基本去除修整量。
在本發(fā)明的另一方面，描述使用化學氧化物去除工藝修整襯底上構(gòu)造的方法，包括確定構(gòu)造的修整量和惰性氣體量之間的關(guān)系，其中該關(guān)系是針對于第一工藝氣體量和第二工藝氣體量建立的；選擇目標修整量；使用該關(guān)系選擇用于獲得目標修整量的惰性氣體目標量；通過將襯底暴露于第一氣體量、第二氣體處理量和惰性氣體目標量而化學處理襯底上的構(gòu)造；從構(gòu)造基本去除目標修整量。
在本發(fā)明的另一個方面，描述在化學氧化物去除工藝中獲得襯底上的硅氧化物構(gòu)造的修整量的方法，包括設(shè)定用于化學氧化物去除工藝的工藝處方，其中設(shè)定工藝處方包括設(shè)定HF的量和設(shè)定NH3的量；通過設(shè)定氬的量調(diào)節(jié)用于化學氧化物去除工藝的工藝處方以獲得修整量；通過使用工藝處方將襯底暴露而化學處理襯底上的構(gòu)造，其中HF的量獨立于NH3的量而引入，氬的量與NH3的量一起引入；從構(gòu)造基本去除修整量，其中增加氬的量對應于減少修整量。
在本發(fā)明的另一個方面，用于在化學氧化物去除工藝中獲得襯底上的修整量的系統(tǒng)包括通過將襯底暴露于第一氣體處理量、第二氣體處理量和惰性氣體量而改變襯底上的暴露的表面層的化學處理系統(tǒng)；用于熱處理襯底上化學性已改變的表面層的熱處理系統(tǒng)；和結(jié)合到化學處理系統(tǒng)并且配置成為獲得修整量調(diào)節(jié)惰性氣體量的控制器。


在附圖中
圖1A示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于化學處理系統(tǒng)和熱處理系統(tǒng)的傳送系統(tǒng)的示意圖；圖1B示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的用于化學處理系統(tǒng)和熱處理系統(tǒng)的傳送系統(tǒng)的示意圖；圖1C示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的用于化學處理系統(tǒng)和熱處理系統(tǒng)的傳送系統(tǒng)的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的處理系統(tǒng)的示意剖面圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的化學處理系統(tǒng)的示意剖面圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的化學處理系統(tǒng)的透視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的熱處理系統(tǒng)的示意剖面圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的熱處理系統(tǒng)的透視圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例的襯底保持器的示意剖面圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明實施例的氣體分配系統(tǒng)的示意剖面圖；圖9A示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的氣體分配系統(tǒng)的示意剖面圖；圖9B示出根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖9A中所示出的氣體分配系統(tǒng)的放大視圖；圖10A和圖10B示出根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖9A中所示出的氣體分配系統(tǒng)的透視圖；圖11示出根據(jù)本發(fā)明實施例的襯底升降器組件；圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施例的隔熱組件的側(cè)視圖；圖13示出根據(jù)本發(fā)明實施例的隔熱組件的俯視圖；圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施例的隔熱組件的剖面?zhèn)纫晥D；圖15示出處理襯底的流程圖；圖16示出用于化學氧化物去除工藝的示例性數(shù)據(jù)；圖17示出用于化學氧化物去除工藝的控制模型；圖18示出在圖17中所描述的關(guān)系的分解圖；圖19示出在圖18中所描述的關(guān)系的靈敏度；圖20示出修整量對氬的流速變化的靈敏度；圖21示出用于化學氧化物去除工藝的另一個控制模型；
圖22示出在圖21中所描述的關(guān)系的靈敏度；圖23A和23B示出優(yōu)化圖21中所描述關(guān)系的方法；圖24示出用于化學氧化物去除工藝的另一個控制模型；和圖25示出優(yōu)化在圖21中描述的關(guān)系的方法。
具體實施例方式
在材料處理方法學中，圖案蝕刻包括將一薄層光敏材料(諸如光刻膠)涂到襯底的上表面，隨后對光敏材料進行圖案化，以提供用于在蝕刻期間將該圖案轉(zhuǎn)移到下層薄膜的掩膜。光敏材料的圖案化通常包括使用例如微光刻系統(tǒng)由輻射源通過掩膜原版(和關(guān)聯(lián)的光學裝置)對光敏材料進行曝光，然后使用顯影劑去除光敏材料受輻射的區(qū)域(在正光刻膠的情況下)，或去除未輻射的區(qū)域(在負光刻膠的情況下)。
此外，可以提供多層和硬質(zhì)掩膜，用于在薄膜中蝕刻構(gòu)造。例如，當使用硬質(zhì)掩膜在薄膜中蝕刻構(gòu)造時，在薄膜的主蝕刻步驟之前使用單獨的蝕刻步驟將光敏層中的掩膜圖案轉(zhuǎn)移到硬質(zhì)掩膜層。硬質(zhì)掩膜可以例如從用于硅處理的包括例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或碳的若干材料中選擇。
為了降低在薄膜中形成的特征尺寸，可以使用例如兩步驟工藝在沿橫向修整硬質(zhì)掩膜。該工藝包括對硬質(zhì)掩膜層的暴露表面進行化學處理，以改變硬質(zhì)掩膜層的表面化學性，然后對硬質(zhì)掩膜層的暴露表面進行后處理，以去掉改變了的表面化學性。
根據(jù)一個實施例，圖1A示出使用例如掩膜層修整處理襯底的處理系統(tǒng)1。處理系統(tǒng)1包括第一處理系統(tǒng)10和結(jié)合到第一處理系統(tǒng)10的第二處理系統(tǒng)20。例如，第一處理系統(tǒng)10可以包括化學處理系統(tǒng)，第二處理系統(tǒng)20可以包括熱處理系統(tǒng)?；蛘?，第二處理系統(tǒng)20可以包括諸如水清洗系統(tǒng)的襯底清洗系統(tǒng)。如圖1A所示，傳送系統(tǒng)30也可以結(jié)合到第一處理系統(tǒng)10，以將襯底傳送入和傳送出第一處理系統(tǒng)10和第二處理系統(tǒng)20，并且與多元件制造系統(tǒng)40交換襯底。第一處理系統(tǒng)10和第二處理系統(tǒng)20以及傳送系統(tǒng)30可以例如在多元件制造系統(tǒng)40內(nèi)包括處理元件。例如，多元件制造系統(tǒng)40可以允許將襯底傳送到包括諸如蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、涂覆系統(tǒng)、圖案化系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等之類的裝置的處理元件中，并且從其傳送出來。為了將在第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)中進行的工藝隔離開來，可以利用隔離組件50結(jié)合每一個系統(tǒng)。例如，隔離組件50可以包括提供隔熱的隔熱組件和提供真空隔離的閘門閥組件中至少一個。當然，處理系統(tǒng)10和20和傳送系統(tǒng)30可以以任何順序布置。
或者，在另一個實施例中，圖1B示出用于使用諸如掩膜層修整的工藝處理襯底的處理系統(tǒng)100。處理系統(tǒng)100包括第一處理系統(tǒng)110和第二處理系統(tǒng)120。例如，第一處理系統(tǒng)110可以包括化學處理系統(tǒng)，第二處理系統(tǒng)120可以包括熱處理系統(tǒng)?；蛘?，第二處理系統(tǒng)120可以包括諸如水清洗系統(tǒng)的襯底清洗系統(tǒng)。如圖1B所示，傳送系統(tǒng)130可以結(jié)合到第一處理系統(tǒng)110，以將襯底傳送入和傳送出第一處理系統(tǒng)110，并且可以結(jié)合到第二處理系統(tǒng)120，以將襯底傳送入和傳送出第二處理系統(tǒng)120。此外，傳送系統(tǒng)130可以與一個或多個襯底庫(未示出)交換襯底。盡管在圖1B中示出僅僅兩個處理系統(tǒng)，包括諸如蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、涂覆系統(tǒng)、圖案化系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等之類的裝置的其它處理系統(tǒng)可以訪問傳送系統(tǒng)130。為了隔離在第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)中進行的工藝，可以利用隔離組件150結(jié)合每一個系統(tǒng)。例如，隔離組件150可以包括提供隔熱的隔熱組件和提供真空隔離的閘門閥組件中至少一個。此外，例如，傳送系統(tǒng)130可以用作隔離組件150的一部分。
或者，在另一個實施例中，圖1C示出用于使用諸如掩膜層修整工藝處理襯底的處理系統(tǒng)600。處理系統(tǒng)600包括第一處理系統(tǒng)610和第二處理系統(tǒng)620，其中第一處理系統(tǒng)610如所示以垂直的方向堆疊在第二處理系統(tǒng)620的頂部。例如，第一處理系統(tǒng)610可以包括化學處理系統(tǒng)，第二處理系統(tǒng)620可以包括熱處理系統(tǒng)?；蛘?，第二處理系統(tǒng)620可以包括諸如水清洗系統(tǒng)的襯底清洗系統(tǒng)。如圖1C所示，傳送系統(tǒng)630也可以結(jié)合到第一處理系統(tǒng)610，以將襯底傳送入和傳送出第一處理系統(tǒng)610，并且可以結(jié)合到第二處理系統(tǒng)620，以將襯底傳送入和傳送出第二處理系統(tǒng)620。此外，傳送系統(tǒng)630可以與一個或多個襯底庫(未示出)交換襯底。盡管在圖1B中示出僅僅兩個處理系統(tǒng)，包括諸如蝕刻系統(tǒng)、沉積系統(tǒng)、涂覆系統(tǒng)、圖案化系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等之類的裝置的其它處理系統(tǒng)可以訪問傳送系統(tǒng)630。為了隔離在第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)中發(fā)生的工藝，可以利用隔離組件650結(jié)合每一個系統(tǒng)。例如，隔離組件650可以包括提供隔熱的隔熱組件和提供真空隔離的閘門閥組件中至少一個。此外，例如，傳送系統(tǒng)630可以用作隔離組件650的一部分。
一般而言，在圖1A中描述的處理系統(tǒng)1的第一處理系統(tǒng)10和第二處理系統(tǒng)20中至少一個包括至少兩個傳送開口以允許襯底通過。例如，如圖1A所描述，第二處理襯底20包括兩個傳送開口，第一傳送開口允許襯底在第二處理系統(tǒng)20和傳送系統(tǒng)30之間通過，第二傳送開口允許襯底在第一處理系統(tǒng)和第二處理系統(tǒng)之間通過。然而，關(guān)于圖1B描述的處理系統(tǒng)100和在圖1C中描述的處理系統(tǒng)600，每一個處理系統(tǒng)110、120和610、620分別包括至少一個傳送開口以允許襯底通過。
現(xiàn)參照圖2，示出用于執(zhí)行襯底的化學處理和熱處理的處理系統(tǒng)200。處理系統(tǒng)200包括化學處理系統(tǒng)210和結(jié)合到化學處理系統(tǒng)210的熱處理220。化學處理系統(tǒng)210包括可以是溫控的化學處理室211。熱處理系統(tǒng)220包括可以是溫控的熱處理室221?；瘜W處理室211和熱處理室221可使用隔熱組件230互相隔熱，使用閘門閥組件296互相真空隔離，這些將在下面更詳細地描述。
如在圖2和圖3中所示出，化學處理系統(tǒng)210進一步包括溫控襯底保持器240、結(jié)合到化學處理室211以抽空化學處理室211的真空抽氣系統(tǒng)250和用于將工藝氣體引入化學處理室211內(nèi)的處理空間262中的氣體分配系統(tǒng)260。該襯底保持器240配置成與化學處理室211基本隔熱，并且配置成支撐襯底242。
如在圖2和圖5中所示出，熱處理系統(tǒng)220進一步包括安裝在熱處理室221內(nèi)的襯底保持器270、抽空熱處理室221的真空抽氣系統(tǒng)280和結(jié)合到熱處理室221的襯底升降器組件290。襯底保持器270配置成與熱處理室221基本隔熱，并且配置成支撐襯底242′。升降器組件290可以垂直地在保持面(實線)和襯底保持器270(虛線)或位于其間的傳送面之間移動襯底242′。熱處理室221可以進一步包括上組件284。
此外，化學處理室211、熱處理室221和隔熱組件230限定共同的開口，通過該開口可以傳送襯底。在處理期間，共同的開口294可以使用閘門閥組件296密封閉合，以允許在兩個室211、221中獨立地進行處理。而且，可以在熱處理室221中形成傳送開口298，以允許與圖1A所示的傳送系統(tǒng)交換襯底。例如，可以提供第二隔熱組件231以使熱處理室221與傳送系統(tǒng)(未示出)隔熱。盡管開口298示出作為熱處理室221的一部分(與圖1A一致)，傳送開口298可以在化學處理室211而不是在熱處理室221中形成(如圖1A示出的反向的室的位置)，或傳送開口298可以在兩個化學處理室211和熱處理室221中形成(如圖1B和1C所示)。
如圖2和圖3所示，化學處理系統(tǒng)210包括襯底保持器240，和提供若干個用于熱控制和處理襯底242的操作功能的襯底保持器組件244。襯底保持器240和襯底保持器組件244可以包括靜電夾持系統(tǒng)(或機械夾持系統(tǒng))，以將襯底242電夾持(或機械夾持)到襯底保持器240。而且，襯底保持器240可以例如進一步包括具有再循環(huán)冷卻液流的冷卻系統(tǒng)，該冷卻液從襯底保持器240接收熱量，并且將熱量轉(zhuǎn)移到熱量交換器系統(tǒng)(未示出)，或當加熱時，轉(zhuǎn)移來自熱量交換器系統(tǒng)的熱量。而且，傳熱氣體可以例如經(jīng)由背部氣體系統(tǒng)輸送到襯底242的背部，以提高襯底242和襯底保持器240之間的氣隙導熱性。例如，供應到襯底242背部的傳熱氣體可以包括諸如氦、氬、氙、氪的惰性氣體、工藝氣體或諸如氧、氮或氫的其它氣體。當在升高或降低的溫度下需要對襯底進行溫度控制時，可以利用這種系統(tǒng)。例如，背部氣體系統(tǒng)可以包括諸如兩區(qū)(中心-邊緣)系統(tǒng)的多區(qū)氣體分配系統(tǒng)，其中背部氣隙壓力可以在襯底145的中心和邊緣之間獨立地變化。在其它實施例中，諸如電阻加熱元件的加熱/冷卻元件或熱電加熱器/冷卻器可以包括在襯底保持器240中以及化學處理室211的室壁中。
例如，圖7示出用于執(zhí)行若干個上述功能的溫控襯底保持器300。這種襯底保持器300包括結(jié)合到化學處理室211的下壁的室配件310、結(jié)合到室配件310的隔熱部件312、結(jié)合到隔熱部件312的溫控部件314。室配件310和溫控部件314可以例如由諸如鋁、不銹鋼、鎳等導電和導熱的材料制造。隔熱部件312可以例如由諸如石英、氧化鋁、聚四氟乙烯等具有較低熱導率的阻熱材料制造。
溫控部件314可以包括諸如冷卻通道、加熱通道、電阻加熱元件或熱電元件的溫控元件。例如，如圖7所示，溫控部件314包括具有冷卻劑入口322和冷卻劑出口324的冷卻劑通道320。冷卻劑通道320可以是例如在溫控部件314內(nèi)的螺旋形通道，允許諸如水、Fluorinert、Galden HT-135等的冷卻劑具有一定流速，以提供對溫控部件314的傳導對流冷卻。或者，溫控部件314可以包括能夠取決于流經(jīng)各個元件的電流方向加熱或冷卻襯底的熱電元件陣列。示例性熱電元件可以購自AdvancedThermoeletric，型號ST-127-1.4-8.5M(40mm×40mm×3.4mm能夠具有最大傳熱功率為72W的熱電器件)的熱電元件。
此外，襯底保持器300可以進一步包括靜電夾具(ESC)328(未示出)，該靜電夾具包括陶瓷層330、嵌入在陶瓷層330中的夾持電極332和使用電連接336結(jié)合到夾持電極332的高壓(HV)DC電壓源334。ESC328例如可以是單極或雙極。這樣一種夾具的實現(xiàn)對于靜電夾具系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所公知的。
此外，襯底保持器300可以進一步包括背部氣體供應系統(tǒng)340，該背部氣體供應系統(tǒng)通過至少一個氣體供應管線342和多個孔或通道中至少一個向襯底242的背部供應諸如包括氦、氬、氙、氪的惰性氣體、工藝氣體或諸如氧、氮或氫的其它氣體的傳熱氣體。背部氣源340可以是諸如兩區(qū)(中心-邊緣)系統(tǒng)的多區(qū)供應系統(tǒng)，其中背部壓力可以徑向地從中心至邊緣變化。
隔熱部件312可以進一步包括隔熱間隙，以在溫控部件314和下面的配件310之間提供附加的隔熱。隔熱間隙350可以使用抽氣系統(tǒng)(未示出)或作為真空泵系統(tǒng)250的真空抽氣系統(tǒng)250的一部分的真空管線抽空，并且/或隔熱間隙350可以結(jié)合到氣體供應系統(tǒng)(未示出)，以改變其熱導率。氣源可以例如是被利用來將傳熱氣體結(jié)合到襯底242背部的背部氣源。
配件310可以進一步包括能夠抬起和降低三個或更多升降桿362的升降桿組件360，以將襯底242垂直移動到襯底保持器300的上表面和處理系統(tǒng)中的傳送面，和從其上移開。
每一個部件310、312和314進一步包括緊固裝置(諸如螺栓和帶螺紋的孔)，以將一個部件固定到另一個部件上，和將襯底保持器300固定在化學處理室211上。而且，每一個部件310、312和314便于上述工具通過各個部件，并且諸如彈性O(shè)形環(huán)的真空密封件可以用在需要保存處理系統(tǒng)的真空完整性的位置處。
溫控襯底保持器240的溫度可以使用諸如熱電偶(例如，K型熱電偶、Pt傳感器)的溫度感測裝置344監(jiān)測。而且，控制器可以利用溫度測量結(jié)果作為到襯底保持器組件244的反饋，以控制襯底240的溫度。例如，例如，可以調(diào)節(jié)流體流速、流體溫度、傳熱氣體類型、傳熱氣體壓力、夾持力、電阻加熱器元件電流和/或電壓、熱電器件電流或極性等中至少一個來影響襯底保持器240的溫度和/或襯底242的溫度變化。
再參照圖2和圖3，化學處理系統(tǒng)210包括氣體分配系統(tǒng)260。在一個實施例中，如圖8所示，氣體分配系統(tǒng)400包括具有氣體分配組件402和結(jié)合到氣體分配組件402并且配置成形成氣體分配充氣室406的氣體分配板404的噴頭氣體噴射系統(tǒng)。盡管未示出，氣體分配充氣室406可以包括一個或多個氣體分配擋板。氣體分配板404進一步包括一個或多個氣體分配孔408，以將工藝氣體從氣體分配充氣室406分配到化學處理室211內(nèi)的處理空間。此外，一個或多個氣體供應管線410、410′等可以通過例如氣體分配組件結(jié)合到氣體分配充氣室406，以供應包括一種或多種氣體的工藝氣體。工藝氣體可以是例如包括NH3、HF、H2、O2、CO、CO2、Ar、He等。
在另一個實施例中，如在圖9A和圖9B(圖9A的放大圖)所示出，用于分配包括至少兩種氣體的工藝氣體的氣體分配系統(tǒng)420包括具有一個或多個部件424、426和428的氣體分配組件422、第一氣體分配板430和第二氣體分配板432，第一氣體分配板430結(jié)合到氣體分配組件422，并且配置成將第一氣體結(jié)合到化學處理室211的處理空間，第二氣體分配板432結(jié)合到第一氣體分配組件430，并且配置成將第二氣體結(jié)合到化學處理室211的處理空間。當?shù)谝粴怏w分配板430結(jié)合到氣體分配組件422時，第一氣體分配板430形成第一氣體分配充氣室440。此外，當?shù)诙怏w分配板432結(jié)合到第一氣體分配板430時，第二氣體分配板432形成第二氣體分配充氣室442。盡管未示出，氣體分配充氣室440、442可以包括一個或多個氣體分配檔板。第二氣體分配板432進一步包括結(jié)合到在第一氣體分配板430內(nèi)形成的一個或多個通道446陣列并且與該陣列重合的一個或多個孔444的第一陣列，和一個或多個孔448的第二陣列。一個或多個孔444的第一陣列和一個或多個通道446的陣列一起配置成將來自第一氣體分配充氣室440的第一氣體分配到化學處理室211的處理空間。一個或多個孔448的第二陣列配置成將來自第二氣體分配充氣室442的第二氣體分配到化學處理室211的處理空間。工藝氣體可以是例如包括NH3、HF、H2、O2、CO、CO2、Ar、He等。作為這種布置的結(jié)果，第一氣體和第二氣體獨立地引入處理空間，除了在處理空間外不會有任何相互作用。如圖10A所示，第一氣體可以通過在氣體分配組件422內(nèi)形成的第一氣體供應通道450結(jié)合到第一氣體分配充氣室440。此外，如圖10B所示，第二氣體可以通過在氣體分配組件422內(nèi)形成的第二氣體供應通道452結(jié)合到第二氣體分配充氣室442。
再參照圖2和圖3，化學處理系統(tǒng)220進一步包括維持在升高后的溫度下的溫控化學處理室211。例如，壁加熱元件266可以結(jié)合到壁溫度控制單元268，壁加熱元件266可以配置成結(jié)合到化學處理室211。加熱元件可以例如包括諸如鎢、鎳-鉻合金、鋁-鐵合金、氮化鋁等細絲的電阻加熱元件。市售的制造電阻加熱元件的材料的示例包括Kanthal、Nikrothal、Akrothal，這些是由Kanthal Corporation of Bethel，CT生產(chǎn)的金屬合金的注冊商標名稱。Kanthal系列包括鐵合金(FeCrAl)，Nikrothal系列包括奧氏體合金(NiCr、NiCrFe)。當電流流經(jīng)細絲時，功率消耗為熱量，因而壁溫度控制單元268可以例如包括可控制的DC電源。例如，壁加熱元件266可以包括至少一個購自Watlow(1310 Kingsland Dr.，Batavia，IL，60510)的Firerod牌棒狀加熱器。也可以在化學處理室211中使用冷卻元件。化學處理室211的溫度可以使用諸如熱電偶(例如，K型熱電偶、Pt型傳感器等)的溫度感測裝置監(jiān)測。而且，控制器可以利用測量結(jié)果作為到壁溫度控制單元268的反饋，以控制化學處理室211的溫度。
再參照圖3，化學處理系統(tǒng)210可以進一步包括可以維持在任何選定溫度下的溫控氣體分配系統(tǒng)260。例如，氣體分配加熱元件267可以結(jié)合到氣體分配系統(tǒng)溫控單元269，氣體分配加熱元件267可以配置成結(jié)合到氣體分配系統(tǒng)260。加熱元件可以例如包括諸如鎢、鎳-鉻合金、鋁-鐵合金、氮化鋁等細絲的電阻加熱元件。市售的制造電阻加熱元件的材料的示例包括Kanthal、Nikrothal、Akrothal，這些是由Kanthal Corporation ofBethel，CT生產(chǎn)的金屬合金的注冊商標名稱。Kanthal系列包括鐵合金(FeCrAl)，Nikrothal系列包括奧氏體合金(NiCr、NiCrFe)。當電流流經(jīng)細絲時，功率消耗為熱量，因而氣體分配系統(tǒng)溫控單元269可以例如包括可控制的DC電源。例如氣體分配加熱元件267可以包括能夠具有約1400W(或約5W/in2功率密度)的雙層硅橡膠加熱器(約1mm厚)。氣體分配系統(tǒng)260的溫度可以使用諸如熱電偶(例如，K型熱電偶、Pt型傳感器等)的溫度感測裝置監(jiān)測。而且，控制器可以利用測量結(jié)果作為向氣體分配系統(tǒng)溫控單元269的反饋，以控制氣體分配系統(tǒng)269的溫度。圖8-圖10B的氣體分配系統(tǒng)還可以與溫控系統(tǒng)成一體。作為另一種方式或者額外地，冷卻元件可以用在任何實施例中。
還參照圖2和圖3，真空抽氣系統(tǒng)250可以包括真空泵252、用于節(jié)流室壓力的閘門閥254。真空泵252可以例如包括泵速能達每秒5000升(或更大)的渦輪分子真空泵(TMP)。例如，TMP可以是Seiko STP-A803真空泵或Ebara ET1301W真空泵。TMP適用于通常低于50mTorr的低壓處理。對于高壓(即，大于約100mTorr)或低產(chǎn)能處理(即，沒有氣流)，可以使用機械增壓泵和干式低真空泵。
再參照圖3，化學處理系統(tǒng)210可以進一步包括控制器235，控制器235具有微處理器、存儲器和數(shù)字I/O端口，數(shù)字I/O端口能夠產(chǎn)生足夠傳輸和啟動向化學處理系統(tǒng)210的輸入以及監(jiān)測來自諸如溫度和壓力感測裝置的化學處理系統(tǒng)210的輸出。而且，控制器235可結(jié)合到襯底保持器組件244、氣體分配系統(tǒng)260、真空抽氣系統(tǒng)250、閘門閥組件296、壁溫度控制單元268和氣體分配系統(tǒng)溫控單元269，并且與其交換信息。例如，根據(jù)工藝處方，可以利用儲存在存儲器中的程序啟動向化學處理系統(tǒng)210的前述部件的輸入?？刂破?35的一個示例是購自Dell Corporation(Austin，Texas)的DELL PRECISION WORKSTATION 610TM。
在一個實施例中，圖4示出化學處理系統(tǒng)210′，該化學系統(tǒng)210′進一步包括具有柄213、至少一個扣件214、至少一個鉸鏈217的蓋子212、光學觀察口215和至少一個壓力感測裝置216。
如圖2和圖5所述，熱處理系統(tǒng)220進一步包括溫控襯底保持器270。襯底保持器270包括使用熱障274與熱處理室221隔熱的基座272，例如，襯底保持器270可以由鋁、不銹鋼或鎳制造，并且熱障274可以由諸如聚四氟乙烯、氧化鋁或石英的絕熱體制造。襯底保持器270進一步包括嵌在襯底保持器中的加熱元件276和與加熱元件276結(jié)合的襯底保持器溫控單元278。加熱元件276可以例如包括諸如鎢、鎳-鉻合金、鋁-鐵合金、氮化鋁等細絲的電阻加熱器元件。市售的制造電阻加熱元件材料示例包括Kanthal、Nikrothal、Akrothal，這些是由Kanthal Corporation ofBethel，CT生產(chǎn)的金屬合金的注冊商標名稱。Kanthal系列包括鐵合金(FeCrAl)，Nikrothal系列包括奧氏體合金(NiCr、NiCrFe)。當電流流經(jīng)細絲時，功率消耗為熱量，因而襯底保持器溫控單元278可以例如包括可控制的DC電源?；蛘?，溫控襯底保持器270可以例如是購自Watlow(1310 Kingsland Dr.，Batavia，IL，60510)的能夠具有約400℃至約450℃的最大工作溫度的鑄入加熱器(cast-in heater)，或也購自Watlow的包括氮化鋁材料并且能夠具有高達約300℃工作溫度和約23W/cm2功率密度的膜加熱器?；蛘?，冷卻元件可以結(jié)合到襯底保持器270中。
襯底保持器270的溫度可以使用諸如熱電偶(例如，K型熱電偶)的溫度感測裝置監(jiān)測。而且，控制器可以利用溫度測量結(jié)果作為向襯底保持器溫控單元278的反饋，以控制襯底保持器270的溫度。
此外，襯底溫度可以使用諸如購自Advanced Energies，Inc.(1625Sharp Point Drive，F(xiàn)ort Collins，Co，80525)，型號No.OR2000F，能具有約50℃至約2000℃測量范圍和約±1.5℃的精度的光纖溫度計，或在于2002年7月2日提交的申請待決的美國專利申請案10/168544中所描述的帶緣(band-edge)溫度測量系統(tǒng)，其內(nèi)容通過引用的方式全部包含于此。
再參照圖5，熱處理系統(tǒng)220進一步包括維持在所選定溫度下的溫控熱處理室221。例如，熱壁加熱元件283可以結(jié)合到熱壁溫控單元281，熱壁加熱元件283可配置成結(jié)合到熱處理室221。加熱元件可以例如包括諸如鎢、鎳-鉻合金、鋁-鐵合金、氮化鋁等細絲的電阻加熱元件。市售的制造電阻加熱元件材料的示例包括Kanthal、Nikrothal、Akrothal，這些是由Kanthal Corporation of Bethel，CT生產(chǎn)的金屬合金的注冊商標名稱。Kanthal系列包括鐵合金(FeCrAl)，Nikrothal系列包括奧氏體合金(NiCr、NiCrFe)。當電流流經(jīng)細絲時，功率消耗為熱量，因而熱壁溫控單元281可以包括例如可控制的DC電源。例如，熱壁加熱元件283可以包括至少一個購自Watlow(1310 Kingsland Dr.，Batavia，IL，60510)的Firerod牌棒狀加熱器。作為另一實施方式或者額外地，冷卻元件也可以用在熱處理室221中。熱處理室211的溫度可以使用諸如熱電偶(例如，K型熱電偶、Pt型傳感器等)的溫度感測裝置監(jiān)測。而且，控制器可以利用測量結(jié)果作為向熱壁溫控單元281的反饋，以控制熱處理室221的溫度。
還參照圖2和圖5，熱處理系統(tǒng)220進一步包括上組件284。上組件284可以例如包括用于將凈化氣體、工藝氣體或清洗氣體引入熱處理室221中氣體噴射系統(tǒng)?；蛘撸瑹崽幚硎?21可以包括與上組件分開的氣體噴射系統(tǒng)。例如，凈化氣體、工藝氣體或清洗氣體可以通過其側(cè)壁引入熱處理室221中。熱處理室221可以進一步包括具有至少一個鉸鏈、柄和用于將蓋子扣在閉合位置的扣件的蓋子或罩子。在另一個實施例中，上組件284可以包括用于加熱靠在襯底升降器組件290的刃形構(gòu)造500(見圖11)頂部上的襯底242″的諸如鎢鹵燈的輻射式加熱器。在這種情況下，襯底保持器270可以不包括在從熱處理室221。
再參照圖5，熱處理系統(tǒng)220可以進一步包括可以維持在所選定溫度下的溫控上組件284。例如，上組件加熱元件285可以結(jié)合到上組件溫控單元286，上組件加熱元件285可配置成結(jié)合到上組件284。加熱元件可以例如包括諸如鎢、鎳-鉻合金、鋁-鐵合金、氮化鋁等細絲的電阻加熱器元件。市售的制造電阻加熱元件的材料示例包括Kanthal、Nikrothal、Akrothal，這些是由Kanthal Corporation of Bethel，CT生產(chǎn)的金屬合金的注冊商標名稱。Kanthal系列包括鐵合金(FeCrAl)，Nikrothal系列包括奧氏體合金(NiCr、NiCrFe)。當電流流經(jīng)細絲時，功率消耗為熱量，因而上組件溫控單元286可以包括例如可控制的DC電源。例如，上組件加熱元件285可以包括能夠具有約1400W(或約5W/in2功率密度)的雙層硅橡膠加熱器(約1mm厚)。上組件284的溫度可以使用諸如熱電偶(例如，K型熱電偶、Pt型感器等)的溫度感測裝置監(jiān)測。而且，控制器可以利用測量結(jié)果作為向上組件溫控單元286的反饋，以控制上組件284的溫度。作為另外的方式或者額外地，上組件284可以包括冷卻元件。
再參考圖2和圖5，熱處理系統(tǒng)220進一步包括襯底升降器組件290。襯底升降器組件290配置成將襯底242′降低到襯底保持器270的上表面，以及將襯底242″從襯底保持器270的上表面抬起到保持面或其間的傳送面。在傳送面，可以與用來將襯底傳送進出化學處理室211和熱處理室221的傳送系統(tǒng)交換襯底242″。在保持面，可以冷卻襯底242″，同時在傳送系統(tǒng)和化學處理室211和熱處理室221之間交換另一個襯底。如圖11所示，襯底升降器組件290包括具有三個或更多突出部510的刃形構(gòu)造500、用于將襯底升降器組件290結(jié)合到熱處理室221的凸緣520和允許刃形構(gòu)造500在熱處理室221內(nèi)垂直移動的驅(qū)動系統(tǒng)530。突出部510配置成在抬起的位置夾住襯底242″，并且當在降低的位置時，在襯底保持器270(見圖5)內(nèi)形成的接收腔540內(nèi)凹進去。驅(qū)動系統(tǒng)530可以例如是氣動驅(qū)動系統(tǒng)，該氣動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計成滿足包括氣缸沖程長度、氣缸沖程速度、位置精度、非旋轉(zhuǎn)精度等的各種規(guī)格，這種設(shè)計對于氣動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)人員是公知的。
還參照圖2和圖5，熱處理系統(tǒng)220可以進一步包括真空抽氣系統(tǒng)280。真空抽氣系統(tǒng)280可以例如包括真空泵和諸如閘門閥或碟形閥的節(jié)流閥。真空泵可以例如包括泵速能達每秒5000升(或更大)的渦輪分子真空泵(TMP)。TMP適用于通常低于約50mTorr的低壓處理。對于高壓處理(即，大于約100mTorr)，可以使用機械增壓泵和干式低真空泵。
再參照圖5，熱處理系統(tǒng)220可以進一步包括具有微處理器、存儲器和數(shù)字I/O端口，數(shù)字I/O端口能夠產(chǎn)生足夠傳輸和啟動到熱處理系統(tǒng)220的輸入以及監(jiān)測來自熱處理系統(tǒng)220的輸出的控制電壓。而且，控制器275可以結(jié)合到襯底保持器溫控單元278、上組件溫控單元286、上組件284、熱壁溫度控制單元281、真空抽氣系統(tǒng)280和襯底升降器組件290，并且可以與其交換信息。例如，根據(jù)工藝處方，可以利用儲存在存儲器中的程序來啟動到熱處理系統(tǒng)220的前述部件的輸入?？刂破?75的一個示例是購自DELL Corportion(Austin，Texas)的DELL PRECISIONWORKSTATION 610TM。
在另一個實施例中，控制器235和275可以是相同的控制器。
在一個實施例中，圖6示出熱處理系統(tǒng)220′，熱處理系統(tǒng)220′進一步包括具有柄223和至少一個鉸鏈224的蓋子222、光學觀察口225、和至少一個壓力感測裝置226。此外，熱處理系統(tǒng)220′進一步包括襯底檢測系統(tǒng)227，以識別襯底是否位于保持面內(nèi)。襯底檢測系統(tǒng)可以例如包括Keyence數(shù)字激光傳感器。
圖12、13和14分別描述隔熱組件230的側(cè)視圖、俯視圖和側(cè)視剖面圖。類似的組件也可以用作隔熱組件50、150或650。隔熱組件230可以包括如圖12中所示例如結(jié)合到化學處理室211并且配置成形成熱處理室221(見圖14)和化學處理室211之間的結(jié)構(gòu)接觸的界面板231、和結(jié)合到界面板231并且配置成降低熱處理室221和化學處理室211之間的熱接觸的隔熱板232。而且，在圖12中，界面板231包括具有配合表面234的一個或多個結(jié)構(gòu)接觸部件233。配合表面234配置成與熱處理室221上的配合表面結(jié)合。界面板231可以由諸如鋁、不銹鋼等金屬制造，以形成兩個室211、221之間的剛性接觸。隔熱板232可以由諸如聚四氟乙烯、氧化鋁、石英等具有低的熱導率的材料制造。隔熱組件在于2003年11月12日提交的名稱為“Method and Apparatus For Thermally Insulating AdjacentTemperature Controlled Chambers”的待決美國專利申請案No.10/705,397中更加詳細地描述，其內(nèi)容通過引用的方式全部包含于此。
如圖2和圖14所示出，利用閘門閥組件296垂直地移動閘門閥297，以開啟和關(guān)閉共同開口294。閘門閥組件296可以進一步包括提供與界面板231真空密封和提供與閘門閥297密封的閘門閥適配板239。
兩個室211、221可以使用一個或多個對齊裝置235和一個或多個緊固裝置236(例如，螺栓)而互相結(jié)合，對齊裝置235終接于如圖6所示的一個或多個對齊接收器235′中，緊固裝置236延伸通過在第一室(例如，化學處理室221)上的凸緣237并且終接于如圖6所示的在第二室(例如，熱處理室221)中的一個或多個接收裝置236′(即，帶螺紋的孔)內(nèi)。如圖14所示，可以使用例如彈性O(shè)型環(huán)密封件238在隔熱板232、界面板231、閘門適配板239和化學處理室211之間形成真空密封，并且可以在界面板232和熱處理室221之間借助于O型環(huán)密封件238而形成真空密封。
而且，包括化學處理室211和熱處理室221的部件的一個或多個表面可以涂覆有保護阻擋層。保護阻擋層可以包括kapton、聚四氟乙烯、表面陽極氧化物、諸如氧化鋁、yttria等的陶瓷噴涂層、等離子體電解氧化物等中至少一種。
圖15示出操作包括化學處理系統(tǒng)210和熱處理系統(tǒng)220的處理系統(tǒng)200的方法。該方法以流程圖800而示出。流程圖800在步驟810開始，在步驟810，襯底被用襯底傳送系統(tǒng)傳送到化學處理系統(tǒng)210。襯底被容納在襯底保持器內(nèi)的升降桿支承，然后，襯底被降低到襯底保持器。其后，使用諸如靜電夾持系統(tǒng)的夾持系統(tǒng)將襯底固定到襯底保持器和向襯底的背部供應傳熱氣體。
在步驟820，設(shè)定用于襯底的化學處理的一個或多個化學處理參數(shù)。例如，一個或多個化學處理參數(shù)包括化學處理的處理壓力、化學處理壁溫度、化學處理襯底保持器溫度、化學處理襯底溫度、化學處理氣體分配系統(tǒng)溫度和化學處理氣體流速中至少一種。例如，下列中的一個或多個可以進行1)利用結(jié)合到壁溫度控制單元和第一溫度感測裝置的控制器來設(shè)定用于化學處理室的化學處理室溫度；2)利用結(jié)合到氣體分配系統(tǒng)溫控單元和第二溫度感測裝置的控制器設(shè)定用于化學處理室化學處理氣體分配系統(tǒng)溫度；3)可以利用結(jié)合到至少一個溫控元件和第三溫度感測裝置中的控制器設(shè)定化學處理襯底保持器溫度；4)可以利用結(jié)合到溫控元件、背部氣源、夾持系統(tǒng)、襯底保持器中的第四溫度感測裝置中至少一種的控制器設(shè)定化學處理襯底溫度；5)利用結(jié)合到真空抽氣系統(tǒng)、氣體分配系統(tǒng)、壓力感測裝置中至少一種的控制器設(shè)定化學處理室內(nèi)的處理壓力；和/或6)通過結(jié)合到氣體分配系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個質(zhì)量流量控制器的控制器而設(shè)定一個或多個工藝氣體質(zhì)量流速。
在步驟830，襯底在步驟820設(shè)定的條件下化學處理第一時間段。第一時間段可以在例如從約10秒至約480秒范圍內(nèi)。
在步驟840，襯底從化學處理室傳送到熱處理室。在此期間，卸去襯底夾具，中斷傳熱氣體向襯底背部的流動。使用容納在襯底保持器內(nèi)的升降桿組件，將襯底垂直地從襯底保持器抬起到傳送面。傳送系統(tǒng)從升降桿接收襯底，并且將襯底定位在熱處理系統(tǒng)內(nèi)。在那里，襯底升降器組件從傳送系統(tǒng)接收襯底，并且將襯底降低到襯底保持器。
在步驟850，設(shè)定用于襯底熱處理的熱處理參數(shù)。例如，一個或多個熱處理參數(shù)包括熱處理壁溫度、熱處理上組件溫度、熱處理襯底溫度、熱處理襯底保持器溫度、熱處理襯底溫度和熱處理處理壓力中至少一個。例如，下列中一項或多項可以進行1)利用結(jié)合到熱壁溫度控制單元和熱處理室中的第一溫度感測裝置的控制器設(shè)定熱處理壁溫度；2)利用結(jié)合到上組件溫控單元和在上組件中的第二溫度感測裝置的控制器設(shè)定熱處理上組件溫度；3)利用結(jié)合到襯底保持器溫控單元和在受熱的襯底保持器中的第三溫度感測裝置的控制器設(shè)定熱處理襯底保持器溫度；4)利用結(jié)合到襯底保持器溫控單元和在受熱的襯底保持器中第四溫度感測裝置并且結(jié)合到襯底的控制器設(shè)定熱處理襯底溫度；和/或5)利用結(jié)合到真空抽氣系統(tǒng)、氣體分配系統(tǒng)和壓力感測裝置的控制器設(shè)定熱處理室內(nèi)的熱處理處理壓力。
在步驟860，襯底在步驟850設(shè)定的條件下熱處理第二時間段。第二時間段可以例如在從約10秒至約480秒范圍內(nèi)。
在一個示例中，如在圖2中所描述，處理系統(tǒng)200可以是用于修整氧化物硬質(zhì)掩膜的化學氧化物去除系統(tǒng)。處理系統(tǒng)200包括用于化學處理襯底上的諸如氧化表面層的暴露表面層，由此，在暴露表面上吸附工藝化學品影響表面層的化學性的改變。此外，處理系統(tǒng)200包括用于熱處理襯底的熱處理系統(tǒng)220，由此，升高襯底溫度，以解吸附(或蒸發(fā))襯底上化學性改變的暴露表面層。
在化學處理系統(tǒng)210中，抽空處理空間262(見圖2)，引入包括HF和NH3的工藝氣體?；蛘?，工藝氣體可以進一步包括運載氣體。運載氣體可以例如包括諸如氬、氙、氦等的惰性氣體。
處理壓力可以在約1mTorr至約100mTorr的范圍內(nèi)，例如，可以通常在約2mTorr至約25mTorr的范圍內(nèi)。對于每一種物質(zhì)，工藝氣體流速可以在從約1sccm至約200sccm范圍內(nèi)，例如可以在約10sccm至約100sccm范圍內(nèi)。盡管真空抽氣系統(tǒng)250在圖2和圖3中示出從側(cè)面訪問化學處理室211，可以獲得均勻(三維的)壓力場。表1示出在襯底表面上的壓力變化百分比作為處理壓力和氣體分配系統(tǒng)260和襯底242上表面之間的間隔的函數(shù)。
表1

此外，化學處理室211可以加熱到從約10℃至約200℃范圍的溫度，例如該溫度可以在從約35℃至約55℃范圍內(nèi)。此外，氣體分配系統(tǒng)可以加熱到從10℃到200℃范圍內(nèi)的溫度，例如，溫度可以在從約40℃至約60℃范圍。襯底可以維持在從約10℃至約50℃范圍的溫度下，例如，襯底溫度可以在從約25℃至約30℃范圍內(nèi)。
在熱處理系統(tǒng)220中，熱處理室221可以加熱到從約20℃至約200℃范圍的溫度，例如，該溫度可以在從約75℃至約100℃范圍內(nèi)。此外，上組件可以加熱到從約20℃至約200℃范圍的溫度，例如，溫度可以在從約75℃至約100℃范圍內(nèi)。襯底可以加熱到超過100℃并在約100℃至約200℃范圍內(nèi)的溫度。例如，溫度在可以從100℃至約150℃范圍內(nèi)。
此處所述的化學處理和熱處理，對于熱氧化物的熱處理可以產(chǎn)生超過每60秒約10nm的暴露的氧化物表面層的蝕刻量，對于熱氧化物的熱處理，可以產(chǎn)生超過每180秒約25nm的暴露的氧化物表面層的蝕刻量，對于臭氧TEOS的化學處理可以產(chǎn)生超過每180秒約10nm的暴露氧化物表面層的蝕刻量。處理還可以在襯底上產(chǎn)生少于約2.5％的蝕刻變化。
如以上描述，在化學處理系統(tǒng)210中所利用的工藝氣體可以包括HF和NH3。使用在圖9A、9B、10A、10B中描述的氣體分配組件，獨立于第二工藝氣體NH3，將第一工藝氣體HF引入到化學處理系統(tǒng)中的處理空間?；蛘撸旌蟽煞N工藝氣體，并且作為氣體混合物引入到處理空間。
如以上所述，獨立于第一工藝氣體HF和第二工藝氣體NH3，可以與第一工藝氣體HF、與第二工藝氣體NH3或與其組合引入諸如稀有氣體的化學惰性氣體。稀有氣體可以例如包括氬。
在示例中，將氬引入到第二工藝氣體NH3，觀察到(硅氧化物的)修整量隨著氬的流速的增加而減少。圖16示出修整量(nm)作為氬的流速的函數(shù)，同時其它所有的條件保持不變。對于每一個數(shù)據(jù)點，HF的流速約為28sccm，NH3的流速約為14sccm，壓力約為15mTorr，襯底保持器溫度約為20℃，化學處理室的壁溫約為40℃，暴露于HF/NH3化學品時間段約為60秒，氣體分配板和襯底之間的間隔約為56mm，氬的流速從約0sccm至約40sccm變化。例如，可以用圖16中經(jīng)驗數(shù)據(jù)的一個曲線擬合來限定修整量和惰性氣體流速之間一個或多個的關(guān)系?；蛘?，例如，可以用圖16中經(jīng)驗數(shù)據(jù)的多個曲線擬合來限定修整量和惰性氣體的流速之間一個或多個關(guān)系?；蛘撸?，可以用圖16中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)的內(nèi)插法和外插法限定修整量和惰性氣體流速之間的關(guān)系。盡管所進行的描述示出修整量和惰性氣體流速之間的關(guān)系，對于給定的第一工藝氣體量和給定的第二工藝氣體量，可以建立在修整量和惰性氣體量之間的關(guān)系。例如，該氣體量可以包括質(zhì)量流速、摩爾流速、氣體濃度、局部壓力等。
在另一個實施例中，圖17示出使用表2中所提供的數(shù)據(jù)的另一個示例性工藝的圖表。圖17示出氬的流速作為(硅氧化物的)修整量的函數(shù)。例如，可以用圖17中經(jīng)驗數(shù)據(jù)的多個曲線擬合限定修整量和惰性氣體流速之間一個或多個的關(guān)系。
在圖17中，示出若干個處理范圍。在第一處理范圍，處理結(jié)果(修整量)從約2nm到約6nm變化；在第二處理范圍，處理結(jié)果(修整量)從約6nm到約17.3nm變化；在第三處理范圍，處理結(jié)果(修整量)從約17.3nm到約23nm變化。在其它實施例中，可以有不同數(shù)量的處理范圍，并且限度可以不同。
表2


在每一個處理范圍，可以使用公式計算處理結(jié)果(修整量)和工藝參數(shù)(氣體流量)之間的關(guān)系。工藝處方可以包括以下中至少一種標稱處方分量；靜態(tài)處方分量和公式模型分量?；蛘?，可以使用不同數(shù)量的分量和/或不同類型的分量。
如在所示出的實施例中示出，在第一處理范圍中使用的工藝處方可以包括標稱處方分量、靜態(tài)處方A分量和公式模型A分量；在第二處理范圍中使用的工藝處方可以包括標稱處方分量、靜態(tài)處方B分量和公式模型B1分量；在第三處理范圍中使用的工藝處方可以包括標稱處方分量、靜態(tài)處方B分量和公式模型B2分量。例如，標稱處方分量橫越修整數(shù)據(jù)(即，如在圖17中所示的2nm至23nm的修整量)的整個范圍。此外，例如，標稱處方分量可以分解成兩個或多個靜態(tài)處方分量(即，如圖17所示的靜態(tài)處方A分量和靜態(tài)處方B分量)。每一個靜態(tài)處方分量(例如，分量A和B)可以設(shè)計用于修整量的范圍，即分量A橫跨2nm至6nm的修整量，分量B橫跨6nm至23nm的修整量(見圖7)。而且，每一個靜態(tài)處方分量可以包括不同的第一反應物量、不同的第二反應物量和不同的處理壓力(例如，對于靜態(tài)處方A分量的跨度，第一反應物量、第二反應物量和處理壓力是不變的，對于靜態(tài)處方B分量的跨度，第一反應物量、第二反應物量和處理壓力是不變的)。此外，例如，每一個靜態(tài)處方分量(即，分量A、B)可以由一個或多個公式模型分量表示。例如，如圖17所示，靜態(tài)處方A分量由一個公式模型分量(即公式模型A分量)表示，靜態(tài)處方B分量由兩個公式模型分量(即公式模型B1分量和公式模型B2分量)表示。兩個或多個公式模型分量的使用可以例如允許使用不同的模型擬合(例如，使用多項式、冪次法則、指數(shù)法則等中至少一個進行數(shù)據(jù)擬合)，以對于不同范圍的靜態(tài)處方分量獲得最優(yōu)的數(shù)據(jù)擬合。
例如，圖18提供示出氬的流速(sccm)和修整量(nm)之間關(guān)系的控制模型900?？刂颇Ｐ?00示出具有用于第一處理范圍的第一工藝處方910和用于第二處理范圍的第二工藝處方920。第一工藝處方910對應于約14sccm的HF流速、約7sccm的NH3流速、約14mTorr的壓力。第二工藝處方920對應于約50sccm的HF流速、約25sccm的NH3流速、約10mTorr的壓力。
可以用圖18中經(jīng)驗數(shù)據(jù)的多個曲線擬合分別限定每一個處理范圍的修整量和惰性氣體流速之間的兩個關(guān)系?；蛘撸梢杂脠D18中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)的內(nèi)插法和外插法限定修整量和惰性氣體流速之間的關(guān)系。多個曲線擬合中的一個或多個可以包括多項式擬合。例如，第一工藝處方910的第一曲線擬合示出為六階多項式，第二工藝處方920的第二曲線擬合示出為六階多項式。
此外，可以改變多項式擬合的階次，以每一個工藝處方的精度和魯棒性最優(yōu)化。例如，可以調(diào)整多項式擬合的階次，以使實際的精度模型的修整量(或氬的流速)的范圍最大化。例如，參見圖19，在高的修整量(即，在圖18中大于23nm)使用第二工藝處方可以導致氬的流速為零的兩個根的出現(xiàn)。此外，例如，工藝處方的擬合趨勢可能是錯誤的方向。圖20示出修整量對氬流速變化的靈敏度。例如，對于小于約10nm的修整量的第一工藝處方910和第二工藝處方920的一部分，修整量相對于氬流速的變化或誤差有更少的靈敏度。然而，當?shù)诙に囂幏接糜诔^約10nm的修整量時，第二工藝處方920顯示相對于氬流速的變化高靈敏的修整量(即，約2sccm氬流速的變化可以導致約1nm修整量的變化)。因而，質(zhì)量流速控制中的小誤差可以顯示為修整量中的大誤差。在本發(fā)明的一個實施例中，可以利用單獨的質(zhì)量流量控制器用于每一個工藝處方，以將每一個處理范圍的質(zhì)量流速的分辨率最大化。而且，如在圖20中所述，當修整量超過約23.5nm，曲線擬合以錯誤的方向向上轉(zhuǎn)。
使用圖18的數(shù)據(jù)，圖21提供作為二階多項式示出的第一工藝處方910的第一曲線擬合和作為五階多項式示出的第二工藝處方920的第二曲線擬合。參照第二工藝處方，第二曲線擬合不再顯示氬流速為零的兩個根。此外，圖22提供圖21的各個曲線擬合的修整量對氬流速的變化的靈敏度。如在圖21中所述，作為氬流速的變化的函數(shù)的修整量在高修整量處的趨勢不再是錯誤的方向。
現(xiàn)在參照圖23A，氬流速的預測誤差(即，數(shù)據(jù)和各個曲線擬合之間的差)示出作為修整量(nm)的函數(shù)。圖23B提供對應于氬流速誤差的修整量誤差(即，使用圖23A和各個曲線擬合將流速誤差轉(zhuǎn)化成修整量誤差)。與第一處方關(guān)聯(lián)的修整量的誤差小于約0.2nm，與第二工藝處方關(guān)聯(lián)的修整量的誤差小于0.5nm。
現(xiàn)在參照圖24，圖22的數(shù)據(jù)被倒過來示出作為氬的流速(sccm)的函數(shù)的修整量(nm)。圖24提供以三階多項式示出的倒過來的第一工藝處方的第一曲線擬合，和以四階多項式示出的倒過來的第二工藝處方的第二曲線擬合。圖25示出是對于第一工藝處方，修整量的誤差小于約0.1nm，對于第二工藝處方，修整量的誤差小于約0.4nm。
因而，根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，可以優(yōu)化包括數(shù)據(jù)的曲線擬合的至少一個工藝處方，以將修整量的誤差減少到最小。當采用多項式的曲線擬合時，優(yōu)化可以包括多項式階次的優(yōu)化。
盡管已經(jīng)在上詳細地描述本發(fā)明的僅僅某些實施例，本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將易于理解到在實施例中可以進行許多修改而不實質(zhì)性地脫離本發(fā)明新穎的教導和優(yōu)點。因而，所有這樣的修改都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本PCT申請基于和優(yōu)先權(quán)依賴于2004年3月30日提交的美國非臨時專利申請案第10/812,347，其全部內(nèi)容通過引用的方式包含于此。
本申請還涉及于2003年11月12日提交的名稱為“Processing Systemand Method For Treating a Substrate”的待決美國專利申請案序號No.10/705,201、于2003年11月12日提交的名稱為“Processing System andMethod For Chemically Treating a Substrate”的待決美國專利申請案序號No.10/705,200、于2003年11月12日提交的名稱為“Processing System andMethod For Thermally Treating a Substrate”的待決美國專利申請案序號No.10/704,969、于2003年11月12日提交的名稱為“Method and ApparatusFor Thermally Insulating Adjacent Temperature Controlled Chambers”的待決美國專利申請案序號No.10/705,397和于2004年3月30日提交的名稱為“Method and System For Adjusting a Chemical Oxide Removal Process UsingPartial Pressure”的待決美國專利申請案No.10/812,355。所有這些申請的全部內(nèi)容通過引用的方式全部包含于此。
權(quán)利要求
1.一種在化學氧化物去除工藝中獲得襯底上的構(gòu)造修整量的方法，包括設(shè)定用于所述化學氧化物去除工藝的工藝處方，其中，所述設(shè)定工藝處方包括設(shè)定第一工藝氣體量和設(shè)定第二工藝氣體量；通過設(shè)定惰性氣體量調(diào)節(jié)用于所述化學氧化物去除工藝的所述工藝處方，以獲得所述修整量；通過使用所述工藝處方暴露所述襯底，對所述襯底上的所述構(gòu)造進行化學處理；和從所述構(gòu)造基本去除所述修整量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述從所述構(gòu)造基本去除所述修整量包括通過在所述化學處理之后升高所述襯底的溫度對所述襯底進行熱處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述從所述構(gòu)造基本去除所述修整量包括在所述化學處理之后在水溶液中清洗所述襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)定所述第一工藝氣體的所述量包括設(shè)定HF量，并且所述設(shè)定所述第二工藝氣體的所述量包括設(shè)定NH3量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)定所述惰性氣體的所述量包括設(shè)定氬的量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對所述構(gòu)造進行化學處理包括獨立于所述第二工藝氣體引入所述第一工藝氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)定所述工藝處方進一步包括設(shè)定壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)定所述工藝處方進一步包括設(shè)定所述襯底的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)定所述工藝處方進一步包括設(shè)定用于對所述襯底進行化學處理的時間長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)定所述工藝處方進一步包括設(shè)定用于對所述襯底進行化學處理的化學處理工藝的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對所述構(gòu)造進行化學處理進一步包括對硅氧化物構(gòu)造進行化學處理。
12.一種使用化學氧化物去除工藝修整襯底上的構(gòu)造的方法，包括確定所述構(gòu)造的修整量和惰性氣體量之間的關(guān)系，其中，所述關(guān)系是針對第一工藝氣體量和第二工藝氣體量建立的；選擇目標修整量；使用所述關(guān)系選擇獲得所述目標修整量的惰性氣體的目標量；通過將所述襯底暴露于所述量的所述第一工藝氣體、所述量的所述第二工藝氣體和所述量的所述惰性氣體，而對所述襯底上的所述構(gòu)造進行化學處理；和從所述構(gòu)造基本去除所述目標修整量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述從所述構(gòu)造基本去除所述目標修整量包括通過在所述化學處理之后升高所述襯底的溫度對所述襯底熱處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述從所述構(gòu)造基本去除所述目標修整量包括在所述化學處理之后在水溶液中清洗所述襯底。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述針對所述第一工藝氣體的所述量和所述第二工藝氣體的所述量建立的所述關(guān)系包括HF量與NH3量之間的關(guān)系。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述構(gòu)造的修整量和惰性氣體量之間的關(guān)系包括所述構(gòu)造的修整量和氬的量之間的關(guān)系。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述化學處理所述構(gòu)造包括獨立于所述第二工藝氣體引入所述第一工藝氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述關(guān)系進一步是針對壓力建立的。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述關(guān)系進一步是針對所述襯底的溫度建立的。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述關(guān)系進一步是針對所述化學處理的時間長度建立的。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述對所述構(gòu)造進行化學處理包括對硅氧化物構(gòu)造進行化學處理。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括優(yōu)化所述關(guān)系以將修整量的誤差減小到最小，其中，使用所述關(guān)系將所述修整量數(shù)據(jù)和所述關(guān)系之間的差轉(zhuǎn)化成所述修整量的所述誤差而確定所述修整量的所述誤差。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述確定所述關(guān)系包括作為所述惰性氣體的所述量的函數(shù)對所述修整量數(shù)據(jù)進行曲線擬合或作為所述修整量數(shù)據(jù)的函數(shù)對所述惰性氣體的所述量進行擬合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，所述曲線擬合包括用多項式擬合。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進一步包括優(yōu)化所述關(guān)系以將所述修整量中的誤差減少到最小，其中，使用所述關(guān)系將所述修整量數(shù)據(jù)和所述關(guān)系之間的差轉(zhuǎn)化成所述修整量的所述誤差而確定所述修整量中的所述誤差。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述優(yōu)化包括調(diào)整所述多項式的階次。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述曲線擬合包括在所述修整量數(shù)據(jù)和所述惰性氣體的所述量內(nèi)對兩個或多個處理范圍進行曲線擬合。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述對所述構(gòu)造進行化學處理包括針對每一個處理范圍使用單獨的質(zhì)量流量控制器。
29.一種用于在化學氧化物去除工藝中獲得襯底上硅氧化物構(gòu)造的修整量的方法，包括設(shè)定用于所述化學氧化物去除工藝的工藝處方，其中，所述設(shè)定所述工藝處方包括設(shè)定HF量，和設(shè)定NH3量；通過設(shè)定氬的量調(diào)節(jié)用于所述化學氧化物去除工藝的所述工藝處方，以獲得所述修整量；通過使用所述工藝處方暴露所述襯底，對所述襯底上的所述構(gòu)造進行化學處理，其中，所述量的HF獨立于所述量的NH3引入，所述量的氬與所述量的NH3一起引入；和從所述構(gòu)造基本去除所述修整量，其中，增加所述氬的量對應于減少所述修整量。
30.一種用于在化學氧化物去除工藝中獲得襯底上的修整量的方法，包括化學處理系統(tǒng)，所述化學處理系統(tǒng)用于通過將所述襯底暴露于一定量的第一工藝氣體、一定量的第二工藝氣體和一定量的惰性氣體，以改變所述襯底上的暴露表面層；熱處理系統(tǒng)，所述熱處理系統(tǒng)用于對所述襯底上的所述化學性改變的表面層進行熱處理；和控制器，所述控制器結(jié)合到所述化學處理系統(tǒng)并且配置成調(diào)節(jié)所述惰性氣體的所述量以獲得所述修整量。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種修整襯底上的構(gòu)造的方法和系統(tǒng)。在對襯底進行化學處理期間，在包括表面溫度和氣體壓力的受控條件下，將襯底暴露于諸如HF/NH3的氣態(tài)化學品。還引入惰性氣體，并且選擇惰性氣體的流速，以在修整構(gòu)件期間影響目標修整量。
文檔編號H01L21/311GK1910743SQ200580002253
公開日2007年2月7日 申請日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者樋口文彥, 高橋宏幸, 高明輝, 岳紅宇, 山下朝夫, 神原弘光 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社