本發(fā)明涉及根據(jù)專利權(quán)利要求1的方法以及根據(jù)專利權(quán)利要求9的對應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，不同濕化學(xué)蝕刻方法和/或干蝕刻方法用于表面處理，尤其用于表面清潔及表面活化。最顯著的，這些協(xié)助原生表面氧化物和/或碳化合物的移除。濕化學(xué)蝕刻方法與干蝕刻方法之間的顯著差異是使用的清潔劑的物理狀態(tài)。在濕化學(xué)蝕刻方法的情況中，使用液體以清潔襯底表面；在干蝕刻方法中，使用氣體或等離子體以清潔襯底表面。濕化學(xué)蝕刻方法在若干情況中仍是正當(dāng)?shù)?；然而，近年來，其在許多其它領(lǐng)域中已由干蝕刻系統(tǒng)取代。

對于干蝕刻，主要使用等離子體系統(tǒng)或離子濺射系統(tǒng)。

將“等離子體系統(tǒng)”理解為可產(chǎn)生準(zhǔn)中性氣體(所謂等離子體)的系統(tǒng)。經(jīng)由在兩個電極之間施加電壓，過程氣體經(jīng)電離且形成電離、準(zhǔn)中性氣體(所謂等離子體)。這些系統(tǒng)被稱為“電容耦合等離子體”(CCP)等離子體系統(tǒng)。也可設(shè)想經(jīng)由所謂“感應(yīng)耦合等離子體”(ICP)等離子體系統(tǒng)中的磁性裝置產(chǎn)生等離子體。在此情況中，使用電磁感應(yīng)以制造等離子體。此外，仍存在用于產(chǎn)生等離子體的其它方法；此處不詳細闡述這些方法。在下文中做出的陳述通常應(yīng)用至全部等離子體系統(tǒng)，然而，將在CCP等離子體系統(tǒng)的幫助下描述，因為此的構(gòu)造相對簡單。

經(jīng)由其獨特特性，這些離子體作用于優(yōu)選定位于兩個電極的一者之上或附近的襯底的表面上。一般來說，可使用惰性或反應(yīng)性過程氣體。在等離子體系統(tǒng)的情況中，預(yù)設(shè)兩個電極之間的電壓、氣體組合物及氣壓。低溫等離子體借此在高于臨界壓力點火。此臨界壓力相較于高真空腔室中的壓力是大的，但小于1巴。低溫等離子體主要由氧、氮、惰性氣體或更復(fù)雜的有機氣態(tài)化合物構(gòu)成。這些透過離子沖擊物理且透過等離子體中產(chǎn)生的基團化學(xué)使襯底表面改變(來源：S.Vallon、A.Hofrichter等人，Journal of Adhesion Science and Technology，(1996)第10卷，第12期，第1287頁)。首要地，將物理改變歸于高速度及氣體及等離子體原子與襯底表面的原子之間的伴隨沖擊能。

在另一方面，離子濺射系統(tǒng)具有離子源及加速單元。在離子源中，經(jīng)由加速單元在襯底表面的方向中電離且加速過程氣體。經(jīng)加速離子形成具有平均直徑、對應(yīng)發(fā)散或會聚及能量密度的所謂離子束。當(dāng)離子的動能大于或至少等于雜質(zhì)與襯底表面之間的結(jié)合能時，加速離子可自襯底表面松開雜質(zhì)。然而，在此過程中，離子的動能也可影響襯底表面自身。此操縱顯現(xiàn)在襯底表面的微結(jié)構(gòu)的改變中，點缺陷的產(chǎn)生中、晶格中的并入離子、塑料變形等。

雜質(zhì)的移除稱為濺射。為了完整，應(yīng)注意，原子在表面上的分離過程也可稱為濺射。然而，在下文中，濺射將僅指原子的移除。

技術(shù)問題在于在給定環(huán)境條件中，可發(fā)生襯底上的雜質(zhì)(其待移除)與離子之間的反應(yīng)而不自襯底表面移除雜質(zhì)。此外，離子通常也與待清潔且定位于待移除的雜質(zhì)下方的基底材料反應(yīng)。此導(dǎo)致非均質(zhì)移除，且因此導(dǎo)致表面粗糙度的增加。

此外，經(jīng)常發(fā)生襯底的表面上的氣體及等離子體原子的吸附。

根據(jù)當(dāng)前最先進技術(shù)，主要使用以下方法完成(尤其)經(jīng)由氫移除雜質(zhì)：

等離子體方法

1.經(jīng)由氫等離子體照射襯底表面。由此通常經(jīng)由等離子體而大幅增加表面的溫度。一般來說，對于不同材料使用不同等離子體過程。對于InPut，使用(例如)所謂ECR(電子回旋共振)等離子體(來源：A.J.Nelson、S.Frigo、D.Mancini及R.Rosenberg，J.Appl.Phys.70，5619(1991))。在經(jīng)由RF(射頻)等離子體的氫照射之后在380℃的溫度下大約30分鐘之后觀察自GaAs的移除全部表面雜質(zhì)(來源：S.W.Robey及K.Sinniah，J.Appl.Phys.88，2994(2000))。對于CuInSe₂，描述(例如)透過在200℃的樣品溫度下使用氫ECR等離子體移除表面氧化物。(來源：A.J.Nelson、S.P.Frigo及R.Rosenberg，J.Appl.Phys.73，8561(1993))。

2.在氫分子的作用的下，在真空中將襯底表面加熱至大于500℃。在GaAs的情況下，需要(例如)高達兩個小時的清潔時間(來源：DE 100 48 374 A1)。

3.在真空中使用氫原子加熱襯底表面。在GaAs的情況下，此優(yōu)選發(fā)生于(例如)350℃與400℃之間的溫度范圍中。在參考文獻中全面詳述此方法(來源：Y.Ide及M.Yamada，J.Vac.Sci.Technol.A 12，1858(1994)或T.Akatsu、A.H.Stenzel及U.J.Appl.Phys.86，7146(1999)及DE 100 48 374 A1)。

離子束方法

透過使用離子束過程的惰性氣體(Ar、N₂、氙、...)移除表面雜質(zhì)主要是基于純?yōu)R射移除的基礎(chǔ)(來源：J.G.C.Labanda、S.A.Barnett及L.Hultman“Sputter cleaning and smoothening of GaAs(001)using glancing-angle ion bombardment”，Appl.Phys.Lett.66，3114(1995))。另一方面，使用的反應(yīng)性氣體(H₂、O₂、N₂、CF₅)主要是基于過程氣體與表面雜質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)及隨后移除的反應(yīng)產(chǎn)物(解吸附、部分熱刺激或經(jīng)由離子沖擊刺激)。氫證實為用于移除半導(dǎo)體的表面上的多種表面氧化物及碳雜質(zhì)的優(yōu)選過程氣體(來源：DE 10 210 253 A1)。

現(xiàn)有技術(shù)已知的表面清潔方法通常用于預(yù)處理隨后過程的襯底表面。隨后過程是(例如)使用光阻劑的涂覆，經(jīng)由諸如PVD(物理氣相沉積)或CVD(化學(xué)氣相沉積)的氣相沉積過程的一或多個原子或分子的沉積。

歸因于離子，表面缺陷首要地產(chǎn)生于半導(dǎo)體材料中，該缺陷可嚴重削弱組件的電功能。此外，在當(dāng)前最先進技術(shù)中，出現(xiàn)的根本問題為等離子體系統(tǒng)及濺射系統(tǒng)總是使襯底表面根本上改變，且通常損害襯底表面。

當(dāng)?shù)入x子體過程或離子濺射過程用于清潔或活化Si、SiC、石英或3A至5B半導(dǎo)體表面時，(例如)額外損害作為實質(zhì)上缺點發(fā)生于半導(dǎo)體的表面上(例如，粗糙度、金屬相的形成、氧化物層生長、薄水膜的形成)。公認地，多數(shù)雜質(zhì)的可驗證的有效表面清潔是透過使用等離子體系統(tǒng)而發(fā)生；然而，尤其在有機組分的情況下，此清潔方法不足夠完全移除有機化合物變得顯而易見。

當(dāng)使用等離子體系統(tǒng)時損害的產(chǎn)生的主要原因本質(zhì)上為等離子體與半導(dǎo)體表面之間的直接接觸以及等離子體組分(例如，離子、基團及高度激發(fā)的分子/原子、電子及UV光子)與襯底表面上的原子之間的所得交互作用。具體來說，等離子體的高度激發(fā)且因此高度高能粒子或離子或離子濺射系統(tǒng)的粒子或離子高度可能產(chǎn)生襯底表面的不利損害過程，尤其高度敏感半導(dǎo)體表面。

使用氧、氮、惰性氣體或更復(fù)雜的有機氣態(tài)化合物產(chǎn)生的低溫等離子體透過離子沖擊以及透過使用存在于等離子體中的基團的表面反應(yīng)而使襯底表面改變(來源：K.Harth、Hibst、H.“Surface and Coatings technology(1993)”，第59卷，第1至3期，第350頁)。另外，吸收表面上的氣體原子(來源：K.Scheerschmidt、D.Conrad、A.Belov、H.Stenzel“UHV-Silicon Wafer Bonding at Room temperature：Molecular Dynamics and Experiment”，Proc.4.Int.Symp.on Semiconductor Wafer Bonding 1997年9月，法國，巴黎，第381頁)。

用于在真空中在原子或分子氫的影響下清潔半導(dǎo)體表面的方法的重要缺點為需要高溫且溫度通常位于400℃與500℃之間(見：DE 100 48 374 A1)。需要高過程溫度以實現(xiàn)氫與雜質(zhì)之間的有效反應(yīng)及所得反應(yīng)產(chǎn)物的部分的解吸附。

用于使用分子和/或原子氫清潔半導(dǎo)體表面的所述當(dāng)前最先進技術(shù)方法的進一步缺點為長過程時間。在分子氫的情況中，這些總計為至少兩個小時(見：DE 100 48 374 A1)。

根據(jù)本發(fā)明的來自專利說明書DE 102 10 253 A1的實施例的使用不足夠有效，此是因為經(jīng)由Si、SiO₂、SiC石英及微晶玻璃的氫離子透過純化學(xué)過程而移除雜質(zhì)不導(dǎo)致完全移除。

因此本發(fā)明的目的為建立一種新方法，該新方法允許移除襯底(尤其半導(dǎo)體)的表面上的化學(xué)雜質(zhì)或破壞性襯底表面層(例如，包含天然氧化物的氧化物、碳及碳化合物)，而于襯底表面上或內(nèi)不產(chǎn)生額外損害(例如，表面粗糙度增加、化學(xué)計量改變及晶格損害)，對于襯底表面具有最少的可能損害。

使用權(quán)利要求1的特征完成此目的。在附屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的進一步有利實施例。在說明書、申請專利范圍和/或附圖中給出的特性的至少兩者的全部組合也落于本發(fā)明的范疇內(nèi)。在給定值范圍的情況下，位于給定限制內(nèi)的值也應(yīng)考慮為邊界值且應(yīng)在任何組合中可申請。

本發(fā)明的基本理念是在在過程腔室中使用定向離子束進一步處理之前清除襯底的襯底表面雜質(zhì)，由此離子束具有第一(尤其為氣態(tài))成分及第二(尤其為氣態(tài))成分或?qū)⒐ぷ鳉怏w饋入至過程腔室中。第二成分用以結(jié)合分離的雜質(zhì)。優(yōu)選地，第二成分經(jīng)引導(dǎo)具有流速通過過程腔室以將雜質(zhì)攜載至過程腔室之外。

根據(jù)本發(fā)明，尤其氣體混合物或純氣體(尤其純惰性氣體)被歸類為“第一成分”或“第二成分”下。

換句話說，本發(fā)明涉及用于在室溫下(R_T)或非常低的溫度下透過使用特定低能離子濺射和/或成形氣體而自不同材料(尤其是半導(dǎo)體材料)移除表面雜質(zhì)的方法及系統(tǒng)。溫度由此是小于500℃、優(yōu)選小于300℃、更優(yōu)選小于100℃且最優(yōu)選為室溫。

成形氣體優(yōu)選具有大于20百分比的氫含量。將“成形氣體”理解為優(yōu)選指由氬(Ar)及氫(H₂)組成的氣體混合物或由氮(N₂)及氫(H₂)組成的氣體離子混合物。然而，可設(shè)想成形氣體僅由單一氣體組分(尤其僅由氬或僅由氫)構(gòu)成。

因此，本發(fā)明尤其是關(guān)于在最低可能的溫度下(優(yōu)選在室溫下)清除襯底表面污染而不損害襯底表面的方法及系統(tǒng)。該方法優(yōu)選可應(yīng)用于經(jīng)濟地清潔半導(dǎo)體及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)及方法以預(yù)處理用于為隨后接合(尤其永久接合)的襯底表面。

優(yōu)選實施例使用寬帶離子束用于表面清潔該襯底表面。

在有利實施例中，未完全完成而是選擇性完成表面清潔。此實施例尤其用于光學(xué)器件、光電子學(xué)及傳感器的領(lǐng)域中以純粹清潔襯底表面的經(jīng)界定/預(yù)定區(qū)域。由此透過直接透過聚焦而產(chǎn)生的窄帶離子束或透過經(jīng)由孔徑自寬帶離子束產(chǎn)生的窄帶離子束而發(fā)生選擇性表面清潔。根據(jù)本發(fā)明的進一步可能性將是使用對應(yīng)曝露且化學(xué)處理的光阻劑來遮蔽襯底。光阻劑接著充當(dāng)正或負屏蔽。根據(jù)本發(fā)明的進一步可能性將是機械陰影屏蔽的使用。

根據(jù)本發(fā)明的概念尤其是透過離子源(尤其透過寬束離子源)加速第一成分的離子至襯底表面上。另外，使用成形氣體(或更優(yōu)選使用純氮)作為第二成分沖洗過程腔室。也可設(shè)想尤其經(jīng)由與樣品固持器接觸的襯底的加熱(優(yōu)選盡可能小)。當(dāng)使用寬束離子源時，可經(jīng)由使用低能離子(＜1000eV)而移除襯底上的化學(xué)污染(原生氧化物、碳、雜質(zhì))而無對襯底表面的有害效應(yīng)。使用寬束離子源的進一步優(yōu)點在于清潔襯底表面的非常大部分(在極端情況中，整個襯底表面)。

特別來說，低能離子濺射系統(tǒng)的使用成為本發(fā)明的基礎(chǔ)；此系統(tǒng)射出離子至襯底表面上。優(yōu)選在寬帶離子束中將離子射出至襯底表面上。將“寬帶離子束”理解為指其平均直徑位于襯底的直徑的范圍中的離子束。由此，離子束直徑與襯底的直徑之間的比率尤其大于1/100，優(yōu)選大于1/10，更優(yōu)選大于1/2，且最優(yōu)選等于1。寬帶離子束優(yōu)選覆蓋整個襯底表面。

在襯底表面上的離子束的直徑小于襯底表面的直徑的范圍內(nèi)，將根據(jù)本發(fā)明尤其發(fā)生離子束與襯底表面之間的相對移動以到達待清潔的襯底表面上的全部位置。優(yōu)選地，經(jīng)由相對于離子源移動襯底樣品固持器而完成相對移動。在此實施例中，可進行襯底表面的特定位置(即，空間解析)清潔。具體來說，此處可設(shè)想使用窄帶離子束，由此離子束的直徑與襯底表面的直徑之間的比率經(jīng)調(diào)整至小于1，優(yōu)選小于1/10，更優(yōu)選小于1/100，且最優(yōu)選小于1/1000。比率越小，清潔過程的分辨率越大，但透過于待清潔的襯底上相對移動而清潔對應(yīng)區(qū)域消耗更長時間?？墒褂霉鈱W(xué)組件直接經(jīng)聚焦或使用屏蔽及孔徑技術(shù)而自寬帶離子束產(chǎn)生窄帶離子束。光學(xué)組件尤其包括電和/或磁透鏡且被總結(jié)為術(shù)語“光學(xué)器件”。當(dāng)使用屏蔽及孔徑技術(shù)時，可優(yōu)選使用自動化單元(尤其機器人)以使用不同孔徑快速改變屏蔽或光闌。也可設(shè)想使用具有對應(yīng)小橫截面的源產(chǎn)生窄帶離子束。

不管使用的離子束直徑，根據(jù)本發(fā)明的方面尤其在于與對應(yīng)成形氣體(尤其純氬氣或純氫氣(第二成分))搭配的低能離子濺射系統(tǒng)的使用。成形氣體由此被用作過程氣體以在離子濺射系統(tǒng)的離子源中產(chǎn)生離子和/或作為過程腔室中的沖洗氣體。低能離子濺射系統(tǒng)及對應(yīng)成形氣體的根據(jù)本發(fā)明的組合確保襯底無雜質(zhì)，但未經(jīng)改變或甚至經(jīng)損害。根據(jù)本發(fā)明的方面因此在于低能離子確實由離子濺射系統(tǒng)加速至襯底表面上，但離子的能量不足夠以導(dǎo)致對于襯底的任何顯著改變或損害。損害至多非常小且由深范圍指示，在其內(nèi)襯底的微結(jié)構(gòu)的改變?nèi)匀豢沈炞C。歸因于根據(jù)發(fā)明的方法及系統(tǒng)的使用，此深度范圍尤其小于10μm，優(yōu)選小于1μm，更優(yōu)選小于100nm，最優(yōu)選小于15nm，甚至更優(yōu)選小于7nm，甚至更優(yōu)選小于3nm，更優(yōu)選小于1.5nm，且更優(yōu)選等于零。因此，在理想情況中，完全無起因于離子沖擊的損害。

具體經(jīng)調(diào)整至雜質(zhì)和/或襯底表面的第一成分(尤其成形氣體)與雜質(zhì)的經(jīng)濺射原子/分子反應(yīng)且根據(jù)本發(fā)明由此防止其再沉積回至襯底表面上。如此形成(且由第一成分結(jié)合)的化合物優(yōu)選由真空系統(tǒng)吸除或由過程腔室中的陷阱結(jié)合使得防止其再一次沉積于襯底表面上。透過過程腔室使用第二成分(尤其成形氣體、優(yōu)選在離子源中電離的相同成形氣體)的額外沖洗，根據(jù)本發(fā)明的過程可經(jīng)最佳化且加速。運用特定優(yōu)勢，可使用寬帶離子束以執(zhí)行完全清潔。

根據(jù)本發(fā)明的實施例及系統(tǒng)構(gòu)成移除表面雜質(zhì)(尤其含有碳的雜質(zhì))的有效經(jīng)濟手段。根據(jù)本發(fā)明的實施例可尤其用于全部類型的襯底表面上，但當(dāng)用于具有非常低粗糙度的襯底表面上時尤其有效。粗糙度經(jīng)指定為平均粗糙度、均方粗糙度或平均化粗糙度。一般來說，對于相同量測截面或經(jīng)量測表面確定為平均粗糙度、均方粗糙度及平均化粗糙度的值彼此不同，但位于相同范圍中。因此將對于粗糙度的下列值范圍理解為關(guān)于平均粗糙度、均方粗糙度或平均化粗糙度的值。根據(jù)本發(fā)明，粗糙度尤其小于100μm，優(yōu)選小于10μm，更優(yōu)選小于1μm，最優(yōu)選小于100nm，且最優(yōu)選小于10nm。根據(jù)本發(fā)明的實施例尤其也適合于清潔在其上制造光學(xué)組件的襯底。此外，也可清潔具有具相對復(fù)雜的表面構(gòu)形的功能組件(例如繞射光柵、菲涅耳透鏡、MEM裝置及用于固持LED的腔)的襯底。

同時，選擇足夠低的離子動能防止半導(dǎo)體材料中的損害的產(chǎn)生。

在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括具有考夫曼類型的額外相關(guān)聯(lián)的寬束離子源或RF寬離子源的至少一個高真空腔室(來源：K.Otte.A.Schindler、F.Big1及H.Schlemm，Rev.Sci.Instrum.，69，1499(1998))。寬帶離子源的直徑是在10mm與1000mm之間，優(yōu)選在20mm與800mm之間，更優(yōu)選在30mm與600mm之間，且最優(yōu)選在40mm與400mm之間。

根據(jù)實施例，根據(jù)本發(fā)明的離子系統(tǒng)可被完全抽空。此類型的過程腔室的抽空尤其發(fā)生在工作氣體或第二成分的引入之前。離子系統(tǒng)可經(jīng)抽空至小于1巴、優(yōu)選小于10^-3毫巴、更優(yōu)選小于10^-5毫巴，最優(yōu)選小于10^-7毫巴，且最佳小于10^-8毫巴的壓力。在抽空之后，使用工作氣體沖洗離子系統(tǒng)。發(fā)生此沖洗直到達到工作壓力。

由此，離子腔室中的工作壓力尤其位于10^-8毫巴與1巴之間，優(yōu)選位于10^-6毫巴與1巴之間，更優(yōu)選位于10^-6毫巴與1毫巴之間，且最優(yōu)選位于10^-5毫巴與1毫巴之間。

第二成分或工作氣體的工作壓力尤其位于1x 10^-3毫巴與8x 10^-4毫巴之間。自1至100sccm/min(“標(biāo)準(zhǔn)cm³/min”＝“cm³/min，在標(biāo)準(zhǔn)條件下”)的氣體混合物(氬與氫)、(氮與氫)或純氫的經(jīng)控制氣體流經(jīng)引入至用于清潔襯底表面的寬束離子源。在特定實施例中，使用氫(尤其純氫)。

在第一特定優(yōu)選實施例中，襯底樣品固持器經(jīng)安裝且固定于桌臺上，該桌臺具有彼此按法線布置的至少一個旋轉(zhuǎn)自由度、優(yōu)選至少兩個旋轉(zhuǎn)自由度，最優(yōu)選至少三個旋轉(zhuǎn)自由度。

在第二優(yōu)選實施例中，襯底樣品固持器經(jīng)安裝且固定于具有多個平移及旋轉(zhuǎn)自由度的桌臺上。桌臺可至少沿著X及垂直Y方向移動。優(yōu)選地，桌臺也具有在垂直于X及Y方向運行的Z方向中的自由度。在尤其優(yōu)選實施例中，桌臺具有甚至更多(尤其恰好三個)旋轉(zhuǎn)自由度。由此可在過程腔室內(nèi)往全部方向移動且對準(zhǔn)襯底樣品固持器。離子的入射角經(jīng)定義為離子束(更精確地，離子束的中心軸或?qū)ΨQ軸)與至襯底表面上的法線之間的角度。離子的入射角可自由調(diào)整于0°(垂直入射)與90°(平行入射至襯底表面)之間。離子的入射角尤其小于90°、優(yōu)選小于70°、更優(yōu)選小于50°，最優(yōu)選小于30°，且最佳等于0°。由于離子源相對于過程腔室優(yōu)選靜態(tài)固定，所以經(jīng)由旋轉(zhuǎn)襯底，尤其經(jīng)由傾斜襯底樣品固持器而調(diào)整離子的入射角。根據(jù)本發(fā)明，可設(shè)想可移動離子源(若非優(yōu)選)；在此情況中，將經(jīng)由移動離子源而調(diào)整離子的對應(yīng)入射角。

歸因于使用特別寬帶離子源及事實上使用此類型的離子源可相對同時使用離子照射襯底的整個表面，在特定實施例中，靜態(tài)襯底樣品固持器和/或桌臺也是可能性。

襯底樣品固持器與離子源的出口開口之間的距離尤其小于100cm，優(yōu)選小于80cm，更優(yōu)選小于60cm，且最優(yōu)選小于40cm。在非常特殊實施例中，可經(jīng)由襯底至離子源上的出口開口的距離搭配經(jīng)正確調(diào)整的成形氣體密度而調(diào)整襯底表面上的離子的能量。為了此目的，提供量測設(shè)備以量測距離。

可在清潔過程期間經(jīng)由至少一個加熱組件(尤其多個加熱組件)將襯底樣品固持器加熱至0℃與500℃之間的溫度。襯底溫度(尤其搭配溫度傳感器)經(jīng)設(shè)定于0℃與500℃之間，優(yōu)選于0℃與400℃之間，更優(yōu)選于0℃與300℃之間，最優(yōu)選于0℃與200℃之間，且最佳于0℃與250℃之間。

優(yōu)選可經(jīng)由計算機和/或微控制器和/或韌體和/或?qū)?yīng)軟件控制襯底樣品固持器。

特定優(yōu)選地，開始位置可經(jīng)編程使得襯底樣品固持器可完全自動化掃描襯底表面的給定預(yù)定區(qū)域。經(jīng)由如此做，可在推動按鈕時保存且重新叫用最佳掃描技術(shù)。此選項首要地在使用窄帶離子源時很有用，以能夠到達待清潔的襯底表面的全部位置。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使用寬帶離子源時，襯底樣品固持器在離子輻射期間的尤其線性和/或旋轉(zhuǎn)偏移可幫助均化效應(yīng)。首要地，高頻率線性及旋轉(zhuǎn)移動在此情況中是有利的。由此，襯底樣品固持器的頻率(因此襯底樣品固持器每秒在任意方向中進行的震蕩的量)尤其大于1/100，優(yōu)選大于1/10，更優(yōu)選大于1，最優(yōu)選大于10，且最佳大于100。襯底固持器每分鐘的旋轉(zhuǎn)數(shù)目(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))大于1/10、更優(yōu)選大于1，最優(yōu)選大于10，且最佳大于100。

離子源

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選使用的離子源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)粗略地對應(yīng)于考夫曼類型。差異尤其存在于提取格柵系統(tǒng)中。自等離子體腔室提取的離子是經(jīng)由施加HF交變磁場(20MHz)而在額外格柵系統(tǒng)中分離。由此總透射比粗略是＜20％。其對應(yīng)于1至100μA/cm²的離子電流密度。對于某些使用(對于其可使用較大電流密度而無質(zhì)量分離)，可使用所謂IS模式(離子源模式)。

在RAH模式中，除了防止離子束中的雜質(zhì)之外，離子源允許鎖定目標(biāo)選擇具有某些電荷狀態(tài)的特定離子類型。其缺點是較小離子能eV及較低離子電流密度(在非質(zhì)量分離IS模式中E_ion＜800eV且j_ion＜500μA/cm²或在質(zhì)量分離RAH模式中E_ion＜500eV且j_ion＜50μA/cm²)。若需離子源的功能性的更確切描述，請查閱相對應(yīng)文獻(來源：K.Otte.A.Schindler、F.Big1及H.Schlemm，Rev.Sci.Instrum.，69，1499(1998))。

根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)實施例，離子電流自源的離開后立即顯露10^-5μA/cm²與10⁵μA/cm²之間、優(yōu)選在10^-3μA/cm²與10³μA/cm²之間、且更優(yōu)選在1μA/cm²與500μA/cm²之間的離子電流密度。襯底表面上的對應(yīng)離子電流密度優(yōu)選等于離子電流密度。然而，一般來說，故意和/或意外衰減尤其歸因于離子電流的發(fā)散而發(fā)生。襯底表面處的離子電流的離子電流密度位于10^-5μA/cm²與10⁵μA/cm²之間，優(yōu)選位于10^-3μA/cm²與10³μA/cm²之間，更優(yōu)選位于1μA/cm²與500μA/cm²之間。

工作氣體(第一和/或第二成分)

尤其以下原子或分子類型被用作工作氣體：

●成形氣體FG(氬+氫)和/或

●成形氣體RRG(氫+氬)和/或

●成形氣體NFG(氬+氮)和/或

●氫，尤其純氫，和/或

●氬，尤其純氬。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)

在此段落中，描述用于經(jīng)由成形氣體RFGx(氫含量100％至50％，其中氬自0％至50％)清潔襯底表面的方法。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括離子束源及具有選用加熱組件的襯底樣品固持器。襯底固定于襯底樣品固持器上。為了操作離子源，引入經(jīng)控制量的成形氣體。

氣體流尤其經(jīng)設(shè)定于0.001與100000sccm/min之間，優(yōu)選于0.01與10000sccm/min之間，更優(yōu)選于0.1與1000sccm/min之間，且最優(yōu)選于1與100sccm/min之間。過程腔室中的壓力取決于經(jīng)使用的氣體類型以及經(jīng)使用的泵系統(tǒng)；不管此，過程腔室中的壓力經(jīng)設(shè)定于10^-8毫巴與1巴之間，優(yōu)選于10^-7毫巴與10^-2巴之間，且更優(yōu)選于10^-6毫巴與10^-3巴之間。離子源與襯底表面之間的電位差尤其經(jīng)設(shè)定于1V與5000V之間、優(yōu)選在30V與2500V之間，且最優(yōu)選在50V與800V之間。襯底上的離子束電流密度尤其位于0.001與5000μA/cm²之間，優(yōu)選于0.01與2500μA/cm²之間，更優(yōu)選于0.1與1000μA/cm²之間，且最優(yōu)選于1與500μA/cm²之間的范圍中。優(yōu)選地，使用小于50°、優(yōu)選小于40°、更優(yōu)選小于30°、且最優(yōu)選小于22°的離子的入射角。襯底表面的曝露時間及加熱尤其取決于經(jīng)使用的半導(dǎo)體材料的類型及表面上的污染層的厚度。自襯底至離子源的距離尤其經(jīng)設(shè)定于1與100cm之間，優(yōu)選于10與80cm之間，更優(yōu)選于20與50cm之間，且最優(yōu)選于約30cm處(自離子源的出口開口量測)。襯底表面的加熱至特定溫度也取決于經(jīng)使用的半導(dǎo)體材料的類型。氫的鈍化效應(yīng)通常且在最簡單的情況中由以下化學(xué)反應(yīng)描述(來源：A.J.Pearton及J.W.Lee，第61卷，由N.H.Nickel編輯(Academic press，San Diego)第442頁(1999))：

D⁺+H^-→{DH}⁰或A^-+H⁺→{AH}⁰，

其中D⁺表示電離施體且A^-表示電離受體。

Ar+e^-→Ar+2e

在根據(jù)本發(fā)明的特定實施例中，多個離子源可附接至過程腔室，尤其高真空離子腔室，尤其多于1個，優(yōu)選多于2個，且更優(yōu)選多于3個。經(jīng)由使用多個離子源，可在一方面上升且更佳控制襯底的表面上的離子密度。此外，多個離子源容許使用在生產(chǎn)期間彼此分離存在且僅在離開離子源之后(尤其僅在襯底表面處或襯底表面不久之前)會合的若干不同離子類型。根據(jù)本發(fā)明的方法可用于清潔全部類型的襯底表面。然而，特別優(yōu)選地，該方法適合于清潔由以下材料/材料組合制成的襯底表面：

■硅、熱氧化硅、石英、微晶玻璃、碳化硅、鉬和/或3A至5B半導(dǎo)體材料，

■用于特別使用：

○直接晶片結(jié)合期間的均質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和/或

○GaAs/GaAs、InP/InP、Ge/Ge、Si/Si、Si、SiO₂和/或

○直接晶片結(jié)合期間的異質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和/或

○GaAs/InP、GaAs/Ge、GaAs/Si、Ge/Si、Ge/InP、InP/Si和/或

○金屬和/或

○Cu、Al、W、Mo、Ag、Au、Pt、Zn、Ni、Co和/或

○合金和/或

○任意材料，尤其前述材料的組合

在根據(jù)本發(fā)明清潔襯底表面之后，可將其遞送至進一步處理步驟?？稍O(shè)想如同壓印過程或微影的微影過程、涂覆過程、蝕刻過程、濕化學(xué)清潔過程和/或真空沉積過程。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的真空沉積過程尤其包含：

·物理氣相沉積(PVD)

·化學(xué)氣相沉積(CVD)

·分子束磊晶(MPE)

·等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)

·等離子體輔助物理氣相沉積(PEPVD)

·原子層沉積(ALD)

特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法適合于清潔預(yù)處理中的襯底表面，用于為與第二襯底的第二襯底表面的隨后結(jié)合過程。首要地，在如同一金屬結(jié)合過程或熔融結(jié)合過程的永久結(jié)合過程中，兩個襯底表面將都優(yōu)選具有極高的純度及平度，以實現(xiàn)兩個襯底表面的良好連接。任何類型的雜質(zhì)決定性地抑制結(jié)合過程。將使用/優(yōu)選使用相同方法清潔第二襯底表面。特別優(yōu)選地，這是直接結(jié)合。在接觸根據(jù)本發(fā)明處理的兩個金屬表面的情況下，(優(yōu)選自動化)實現(xiàn)永久結(jié)合。使用如同(例如)硅或氧化硅的襯底表面，也可首要地發(fā)生所謂預(yù)結(jié)合，該預(yù)結(jié)合經(jīng)由隨后熱處理過程而轉(zhuǎn)換成永久結(jié)合。預(yù)結(jié)合的產(chǎn)生優(yōu)選在室溫下發(fā)生。在尤其優(yōu)先實施例中，襯底表面如此純以至于產(chǎn)生永久結(jié)合所需的溫度可減小至最小值。在最理想的情況中，對于全部類型的襯底表面的永久結(jié)合的產(chǎn)生立即實現(xiàn)且無預(yù)結(jié)合步驟，尤其無額外熱處理步驟。

將“直接結(jié)合”理解為指兩個襯底表面單獨透過共價(原子)鍵的接合。在第一步驟中，發(fā)生由凡得瓦力引發(fā)的特征為兩個襯底表面之間的仍可逆(即，可釋放)連接的所謂預(yù)結(jié)合的形成。若兩個襯底表面首要地經(jīng)由預(yù)結(jié)合連接至彼此，則至少其不再可能進一步或再次經(jīng)污染。預(yù)結(jié)合可隨后透過熱處理而經(jīng)轉(zhuǎn)換成永久(即，不可逆)不可釋放直接結(jié)合。直接結(jié)合特征尤其為襯底表面之間的共價鍵的形成。這些共價鍵尤其為共價Si-Si鍵或Si-O鍵。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的所述實施例及系統(tǒng)首要地用于其中至少兩個襯底必須彼此結(jié)合的過程中。特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)因此是真空叢集、更優(yōu)選高真空叢集且最優(yōu)選極高真空叢集的一部分，且首要地用于與對準(zhǔn)系統(tǒng)和/或結(jié)合器組合的相同者中以在對應(yīng)過程中清潔襯底且使其為結(jié)合做準(zhǔn)備。在提及的真空叢集的一者中的壓力尤其小于1巴、優(yōu)選小于10^-1毫巴、更優(yōu)選小于10^-3毫巴、更優(yōu)選小于10^-5毫巴，且最佳小于10^-8毫巴。

根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于清潔經(jīng)由金屬結(jié)合、尤其擴散結(jié)合、共晶結(jié)合、陽極結(jié)合或另一任意結(jié)合而結(jié)合在一起的襯底的表面。具體來說，根據(jù)本發(fā)明的方法因此也可用于清潔金屬和/或陶瓷表面。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)尤其優(yōu)選用于清潔經(jīng)由對準(zhǔn)器在相同真空叢集內(nèi)朝向彼此對準(zhǔn)且經(jīng)由結(jié)合器結(jié)合在一起的襯底的表面。這些對準(zhǔn)器可(例如)是如同AT 405 775 B、PCT/EP 2013/062473或PCT/EP 2013/075831中的對準(zhǔn)器，在參考這些的范圍中。特別優(yōu)選地，經(jīng)由磁性組件而將襯底固定于對準(zhǔn)器與結(jié)合器之間。在專利申請PCT/EP 2013/056620中廣泛提及此固定裝置，在參考這些的范圍中。

待清潔的表面的示例

在以下段落中，指定多種最佳參數(shù)設(shè)定，在提及的襯底表面的情況中，該參數(shù)設(shè)定導(dǎo)致完全移除雜質(zhì)(尤其含有碳的雜質(zhì)及原生氧化物)。

GaAs襯底表面

在GaAs表面的情況中，根據(jù)本發(fā)明的過程主要(但不純粹)用于氧化物移除。

用于GaAs表面的工作氣體是成形氣體混合物RFG1(100％氫)或RFG2(見表1)。由此，離子能位于100eV與500eV之間、優(yōu)選位于200eV與400eV之間，且最優(yōu)選恰好位于300eV處。電流密度位于2.5μA/cm²與6.5μA/cm²之間，優(yōu)選位于3.5μA/cm²與5.5μA/cm²之間，且最優(yōu)選恰好位于4.5μA/cm²處。襯底表面的溫度位于100℃與200℃之間，優(yōu)選位于125℃與175℃之間，且最優(yōu)選恰好位于150℃處。襯底表面的處理的持續(xù)時間總計為多于10秒，優(yōu)選多于50秒，更優(yōu)選多于100秒，且最優(yōu)選多于300秒。等離子體的離子劑量位于10¹²離子/平方公分與10¹⁶離子/平方公分之間，優(yōu)選位于10¹³離子/平方公分與10¹⁵離子/平方公分之間，且最優(yōu)選恰好位于1.5x 10¹⁴離子/平方公分處。

透過H離子沖擊的GaAs表面的氧化物移除的機構(gòu)可能基于氫離子或氫基團與氧化砷的化學(xué)反應(yīng)。所得氧化砷在真空下蒸發(fā)。對應(yīng)化學(xué)反應(yīng)為：

此處，χ是3或5，對應(yīng)于GaAs表面上的砷的不同氧化物。電子來自中和劑或“無電位探針”的傳導(dǎo)帶(來源：E.Petit、F.Houzay及J.Moison，J.Vac.Sci.Technol.A 10，2172(1992))。

當(dāng)清潔氧化鎵時預(yù)期對應(yīng)過程。

Ga₂O的升華也是用于自襯底表面移除Ga-氧化物的決定性步驟。也可設(shè)想，在低溫下，尤其在低于200℃的溫度下，不發(fā)生Ga₂O的升華；而是，發(fā)生經(jīng)由氫原子的砷化鎵的縮減。結(jié)果形成鎵及水，水對應(yīng)地蒸發(fā)。

Ge襯底表面

根據(jù)本發(fā)明的過程在鍺表面的情況中主要用于氧化物移除及用于清潔有機化合物。

用于Ge表面的工作氣體是成形氣體混合物RFG1、RFG3、RFG4及RFG5(見表1)。離子能尤其位于100eV與800eV之間、優(yōu)選位于150eV與400eV之間，且最優(yōu)選恰好位于350eV、200eV、400eV處(見表2)。電流密度位于4.5μA/cm²與8.5μA/cm²之間，優(yōu)選位于5.5μA/cm²與7.5μA/cm²之間，且最優(yōu)選恰好位于6.5μA/cm²處。襯底表面的溫度優(yōu)先位于275℃與350℃之間，優(yōu)選位于300℃與325℃之間，且最優(yōu)選恰好位于300℃處。襯底表面的處理的持續(xù)時間總計為多于10秒，優(yōu)選多于300秒，更優(yōu)選多于600秒，且最優(yōu)選多于1200秒。等離子體的離子劑量尤其位于10¹²離子/平方公分與10¹⁶離子/平方公分之間，更優(yōu)選位于10¹³離子/平方公分與10¹⁵離子/平方公分之間，且最優(yōu)選恰好位于5x 10¹⁴離子/平方公分處。

根據(jù)表2的過程參數(shù)，透過離子沖擊完成自Ge表面完全移除原生氧化物及碳下至相對小量(＜1％)，原生氧化物及碳也可由過程腔室中的雜質(zhì)導(dǎo)致。若表面溫度自室溫上升至約350℃，則可自鍺襯底表面完全移除碳及氧化物層。關(guān)于經(jīng)由氫離子束移除氧化鍺的可能化學(xué)反應(yīng)可如下描述：

InP襯底表面

根據(jù)本發(fā)明的過程在InP表面的情況中主要(但不純粹)用于氧化物移除。

用于InP表面的工作氣體是成形氣體混合物RFG1、RFG3及NFG5(50％氮+50％氬)。離子能位于100eV與500eV之間，優(yōu)選位于200eV與400eV之間，且最優(yōu)選恰好位于300eV處。電流密度位于2.5μA/cm²與6.5μA/cm²之間，優(yōu)選位于3.5μA/cm²與5.5μA/cm²之間，且最優(yōu)選恰好位于4.5μA/cm²處。襯底表面的溫度位于125℃與225℃之間，優(yōu)選位于150℃與200℃之間，且最優(yōu)選恰好位于175℃處。襯底表面的處理的持續(xù)時間總計為多于10秒，優(yōu)選多于100秒，更優(yōu)選多于300秒，且最優(yōu)選多于600秒。等離子體的離子劑量位于10¹²離子/平方公分與10¹⁶離子/平方公分之間，更優(yōu)選位于10¹³離子/平方公分與10¹⁵離子/平方公分之間，且最優(yōu)選恰好位于1.5x 10¹⁴離子/平方公分處。

Si襯底表面

用于硅表面的工作氣體是成形氣體混合物FG0、FG1、FG3、RFG5及NFG3(見表1)。離子能位于150eV與800eV之間，優(yōu)選位于150eV與500eV之間，且最優(yōu)選恰好位于500eV處。電流密度位于20μA/cm²與70μA/cm²之間，優(yōu)選位于30μA/cm²與60μA/cm²之間，且最優(yōu)選恰好位于40μA/cm²與50μA/cm²之間。襯底表面的溫度位于300℃與400℃之間，優(yōu)選位于325℃與375℃之間，且最優(yōu)選恰好位于350℃處。襯底表面的處理的持續(xù)時間總計為多于10秒，優(yōu)選多于50秒，更優(yōu)選多于100秒，且最優(yōu)選多于300秒。等離子體的離子劑量位于10¹³離子/平方公分與10¹⁷離子/平方公分之間，更優(yōu)選位于10¹⁴離子/平方公分與10¹⁶離子/平方公分之間，且最優(yōu)選恰好位于1.5x 10¹⁵離子/平方公分處。

氧化硅的移除優(yōu)選由以下反應(yīng)方程式描述：

SiO₂襯底表面

用于熱氧化硅的工作氣體是成形氣體混合物FG0、FG2及FG5(見表1)。離子能位于150eV與800eV之間，優(yōu)選位于475eV與525eV之間，且最優(yōu)選恰好位于500eV處。電流密度位于20μA/cm²與70μA/cm²之間，優(yōu)選位于30μA/cm²與60μA/cm²之間，且最優(yōu)選恰好位于40μA/cm²與50μA/cm²之間。襯底表面的溫度位于300℃與400℃之間，優(yōu)選位于325℃與375℃之間，且最優(yōu)選恰好位于350℃處。襯底表面的處理的持續(xù)時間總計為多于10秒，優(yōu)選多于50秒，更優(yōu)選多于100秒，且最優(yōu)選多于300秒。等離子體的離子劑量位于10¹³離子/平方公分與10¹⁷離子/平方公分之間，更優(yōu)選位于10¹⁴離子/平方公分與10¹⁶離子/平方公分之間，且最優(yōu)選恰好位于1.5x 10¹⁵離子/平方公分處。

氧化硅的移除優(yōu)選由以下反應(yīng)方程式描述：

微晶玻璃(AlSiO₂)表面

用于鋁硅氧化物的工作氣體是成形氣體混合物FG5(50％氬及50％氫)(見表1)。離子能位于450eV與550eV之間，優(yōu)選位于475eV與525eV之間，且最優(yōu)選恰好位于500eV處。電流密度位于5μA/cm²與500μA/cm²之間，優(yōu)選位于30μA/cm²與60μA/cm²之間，且最優(yōu)選恰好位于500μA/cm²處。襯底表面的溫度位于RT與400℃之間，且最優(yōu)選恰好位于RT處。襯底表面的處理的持續(xù)時間總計為多于10秒，優(yōu)選多于50秒，更優(yōu)選多于100秒，且最優(yōu)選恰好在120秒處。等離子體的離子劑量位于10¹³離子/平方公分與10¹⁷離子/平方公分之間，更優(yōu)選位于10¹⁴離子/平方公分與10¹⁶離子/平方公分之間，且最優(yōu)選恰好位于1.5x 10¹⁵離子/平方公分處。

在根據(jù)本發(fā)明的處理之前及之后在X射線光電子能譜法(XPS)的幫助下發(fā)生襯底表面的量化。

根據(jù)本發(fā)明的過程的一般描述

可尤其如下控制根據(jù)本發(fā)明的過程：

尤其為成形氣體、甚至更優(yōu)選僅包括成分(最優(yōu)選為氬)的第一氣體在離子源中經(jīng)電離且經(jīng)由加速單元而加速至襯底表面的點上。經(jīng)由優(yōu)選使用寬帶離子束，離子束尤其覆蓋整個表面。第一成分遇到襯底表面上的未污染部位且經(jīng)彈性散射(且因此不導(dǎo)致對于襯底表面的任何改變/損害，且由此也不導(dǎo)致物理和/或化學(xué)改變)；或在第二可設(shè)想的情況中，第一成分遇到雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，雜質(zhì)與襯底表面之間的結(jié)合能尤其重復(fù)多次經(jīng)設(shè)定低于改變襯底表面自身所需的能量。替代地或另外，雜質(zhì)與襯底表面之間的結(jié)合能尤其重復(fù)多次經(jīng)設(shè)定小于第一成分的動能。此成分因此能夠自襯底表面移除雜質(zhì)而不損害襯底表面自身。在根據(jù)本發(fā)明的第二步驟中，尤其為成形氣體、甚至更優(yōu)選僅包括成分、優(yōu)選為氫的第二氣體用于將大氣中的被濺除的雜質(zhì)轉(zhuǎn)換成不再如此容易沉積于襯底表面上的更少有害化合物。此化合物優(yōu)選是在適當(dāng)環(huán)境中呈氣態(tài)狀態(tài)存在且因此可經(jīng)攜載至過程腔室之外的化合物。在特殊實施例中，在離子源中產(chǎn)生的氣體可與將雜質(zhì)轉(zhuǎn)換成不再如此容易沉積于襯底表面上的更少有害化合物的第二氣體相同。

此外，揭示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的幫助下可盡可能有效地應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括至少離子源、至少過程腔室、將工作氣體引導(dǎo)至工作腔室的至少一個閥，以及用于固定且尤其移動襯底的襯底樣品固持器。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選是叢集的部分、更優(yōu)選是高真空叢集的部分、且最優(yōu)選是極高真空叢集的部分。在指定真空叢集的一個中的壓力尤其小于1巴，優(yōu)選小于10^-1毫巴，更優(yōu)選小于10^-3毫巴，最優(yōu)選小于10^-5毫巴，且最佳小于10^-8毫巴。在尤其優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的實施例首要地搭配結(jié)合器和/或?qū)?zhǔn)器一起使用以使襯底彼此結(jié)合。

此外，揭示襯底作為根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品，該產(chǎn)品特征為極高表面純度及非常標(biāo)稱損害的表面積。表面純度由此由雜質(zhì)原子比襯底表面原子的數(shù)目的比率而指定。表面純度因此是無量綱比率。優(yōu)選地，因此呈ppm(百萬分率)、ppb(十億分率)或ppt(萬億分率)給出此非常小的數(shù)目。在根據(jù)本發(fā)明的清潔過程之前，雜質(zhì)可覆蓋整個襯底表面，由此在上文中界定的表面純度將大于或等于1。經(jīng)由使用根據(jù)本發(fā)明的方法，相應(yīng)地減小表面雜質(zhì)。在使用根據(jù)本發(fā)明的方法之后，襯底表面的雜質(zhì)小于1(10⁶ppm)，優(yōu)選小于10^-3(1000ppm)，更優(yōu)選小于10^-6(1ppm)，更優(yōu)選小于10^-9(1ppt)，尤其優(yōu)選0。

損害的強度最佳由深度范圍指示，在該深度范圍內(nèi)在襯底的微結(jié)構(gòu)中的改變?nèi)钥蓚蓽y。歸因于使用根據(jù)本發(fā)明的方法及系統(tǒng)，此深度范圍小于10μm，優(yōu)選小于1μm，更優(yōu)選小于100nm，最優(yōu)選小于10nm，最佳小于1nm，且然而尤其最較為零。因此在理想情況中，完全不發(fā)生歸因于離子沖擊的損害。可經(jīng)由比較使用根據(jù)本發(fā)明的方法處理的第一襯底的表面或近表面區(qū)域的微結(jié)構(gòu)與未使用根據(jù)本發(fā)明的方法處理的第二襯底(但其優(yōu)選來自相同批次)的表面或近表面區(qū)域的微結(jié)構(gòu)而完成此損害的偵測。微結(jié)構(gòu)由此優(yōu)選是使用TEM(透射電子顯微鏡術(shù))和/或AFM(原子力顯微鏡術(shù))和/或SEM(掃描電子顯微鏡術(shù))和/或X射線散射和/或電子散射檢查。

附圖說明

在附圖輔助下，自以下優(yōu)選實施例實例的描述，本發(fā)明的進一步優(yōu)點、特征及細節(jié)將變得清晰。其中

圖1展示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的示意性描述，

圖2展示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的示意性描述，

圖3展示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的示意性描述，

圖4展示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的示意性描述，

圖5展示多個原子對處理時間的濃度相依性的科學(xué)附圖，

圖6a展示XPS信號對關(guān)于材料硅的波長的強度相依性的科學(xué)附圖，

圖6b展示襯底表面在根據(jù)本發(fā)明的處理之前的微觀表面影像，

圖6c展示襯底表面在根據(jù)本發(fā)明的處理之后的微觀表面影像，

圖7展示XPS信號對關(guān)于材料氧化硅的波長的強度相依性的科學(xué)附圖，

圖8展示XPS信號對關(guān)于材料微晶玻璃的波長的強度相依性的科學(xué)附圖，

圖9展示XPS信號對材料金的波長的強度相依性的科學(xué)附圖。

在附圖中，使用相同參考符號標(biāo)記相等或有效相等的特征。

具體實施方式

圖1展示根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例，其包括離子濺射系統(tǒng)1，該離子濺射系統(tǒng)1具有產(chǎn)生離子束3(尤其寬帶離子束)的離子源2。此束遇到已固定于襯底樣品固持器5上的襯底7的襯底表面7o。襯底樣品固持器5已固定于桌臺4上且優(yōu)選可交換。可經(jīng)由機器人經(jīng)由閘9而將襯底7載入至過程腔室8中。可使用過程氣體經(jīng)由閥6而抽空和/或沖洗過程腔室8。因為桌臺4能夠在x和/或y和/或z方向中或繞x和/或y和/或z軸平移和/或旋轉(zhuǎn)移動，所以襯底表面7o可布置于相對于離子束3的任何任意位置及定向中。

過程氣體優(yōu)選是由離子源2使用以產(chǎn)生離子束3的相同成形氣體。

圖2展示由第二離子源2’擴展的第二實施例。第二離子源2’可用于將第二成形氣體引入至過程腔室8中或其用于離子束3經(jīng)由離子束3’的有目標(biāo)的操縱。例如可設(shè)想經(jīng)由在第二離子源2’中產(chǎn)生的第二離子氣體來減小或氧化第一離子源2的離子束3中的離子，而經(jīng)由離子束3’操縱離子束3中的離子密度。也可設(shè)想離子源2’為電子源，在該電子源的幫助下在離子束3處射出電子。離子源3’的電子接著減小離子束3的帶正電荷的離子。經(jīng)由高離子密度，可發(fā)生離子束3的離子的氧化水平中的增加；離子因此帶負電荷。

圖3展示根據(jù)本發(fā)明的類似于圖1的第三實施例，其包括離子濺射系統(tǒng)1”，其中離子源2”使用窄帶離子束3”以根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行襯底表面7o的清潔。為了到達襯底表面7o上的全部所欲點，襯底范本固持器5與襯底7一起相對于離子束3”移動。在此實施例中也可設(shè)想使用至少一個其他的離子源2’。

圖4展示根據(jù)本發(fā)明的類似于圖2及圖3的第四實施例，其包括離子濺射系統(tǒng)1’，其中離子源2在孔徑10上方產(chǎn)生寬帶離子束3?？讖?0將寬帶離子束3轉(zhuǎn)換成窄帶離子束3”。在根據(jù)本發(fā)明的此實施例中，第二離子源2’不僅用于操縱離子束3”，而且尤其優(yōu)選首要地結(jié)合自孔徑10分離的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)將以其它方式沉積于襯底7上且污染襯底7。因為在圖4中描繪的離子源2、寬帶離子束3及孔徑10的組合經(jīng)常用于產(chǎn)生對應(yīng)窄帶離子束3”，所以根據(jù)本發(fā)明的此實施例擁有適當(dāng)高技術(shù)及經(jīng)濟關(guān)聯(lián)性?？讖?0尤其由碳或含有碳的材料制成且因此對應(yīng)地極大涉及襯底7的尤其有機污染。然而，經(jīng)由使用根據(jù)本發(fā)明的實施例且在尤其構(gòu)造為離子槍的第二離子源2’和/或經(jīng)引入的成形氣體的幫助下，可主要防止或甚至完全排除經(jīng)由孔徑10沉積雜質(zhì)。第二離子源2’的離子束3’在孔徑10的適當(dāng)定位的情況下也可采用于孔徑10與第一離子源2之間，指在寬帶離子束3的區(qū)域中。在異常優(yōu)選實施例中，離子源2’可經(jīng)樞轉(zhuǎn)使得離子束3’可采用于孔徑10上方及下方兩者。當(dāng)然，離子束3’也可進一步用于清潔襯底表面7o。為了到達襯底表面7o上的全部所要點，襯底樣品固持器5可再一次與襯底7一起相對于離子束3”移動。

圖5展示XPS(X射線光電子能譜法)量測的科學(xué)附圖，其中GaAs襯底表面7o上的鎵、砷、碳及氧的原子濃度被描繪為依據(jù)使用根據(jù)本發(fā)明的成形氣體混合物及根據(jù)本發(fā)明的離子濺射系統(tǒng)的沖擊時間而變化。氧及碳濃度的減小以及鎵及砷濃度的相關(guān)聯(lián)的增加顯著可辨別。應(yīng)注意，此處呈現(xiàn)的清潔過程使這些結(jié)果在極低溫度下且在非常短量的時間中變得可能以及無對襯底表面的任何顯著損害。具體來說，將“顯著損害”理解為指在深度范圍內(nèi)的微結(jié)構(gòu)中的改變。深度范圍尤其小于15nm，優(yōu)選小于7nm，更優(yōu)選小于3nm，且最優(yōu)選小于1.5nm。

圖6a展示兩個強度光譜的XPS(X射線光電子能譜法)量測的科學(xué)附圖。上部強度光譜透過特性強度變化曲線展示氧及碳以及硅的存在。在于根據(jù)本發(fā)明的硅表面的清潔之后記錄的下部強度光譜中，特性氧及碳變化曲線已消失。圖6b及圖6c展示在根據(jù)本發(fā)明的方法的使用之前及之后在檢查下的襯底表面的AFM(原子力顯微鏡術(shù))記錄。經(jīng)由碳雜質(zhì)的移除以及氧化物的移除的粗糙度的縮減清晰可辨別。雖然使用離子濺射技術(shù)，但根據(jù)本發(fā)明的方法不因此導(dǎo)致表面的粗糙化，而根除雜質(zhì)且最佳預(yù)處理襯底表面以供進一步過程步驟使用。

圖7展示三個強度光譜的XPS(X射線光電子能譜法)量測的科學(xué)附圖。上部強度光譜展示二氧化硅的碳以及氧的存在。在第一試驗中，嘗試使用純氬移除碳。在使用純氬的離子沖擊之后，記錄第二強度變化曲線(在中間)。在第二強度變化曲線中，碳濃度中的增加顯著可辨別。碳濃度中的增加可具有許多原因。然而重要的是碳來自過程腔室8。碳累積于過程腔室8、處沉積于壁上的碳，經(jīng)由離子濺射系統(tǒng)的部件而引入或透過閘而引入。僅襯底表面7o經(jīng)由使用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的成形氣體的根據(jù)本發(fā)明的處理產(chǎn)生已除去碳的襯底表面，如在第三(下部)強度變化曲線中自相同波長處無碳變化曲線可見。

類似考慮適用于根據(jù)圖8在微晶玻璃上實施的試驗。

圖9最后展示金表面上碳的移除。此展示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)及方法也最佳適合于清潔金屬表面。特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于清潔如同銅的金屬表面以在進一步過程步驟中結(jié)合它。

附圖標(biāo)記列表

1 離子濺射系統(tǒng)

2，2’，2” 離子源

3，3’，3” 離子束

4 桌臺

5 襯底樣品固持器

6 閥

7 襯底

7o 襯底表面

8 過程腔室

9 閘

10 孔徑