CN1716526A - 清洗远程等离子体产生管的方法及处理衬底的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种清洗远程等离子体产生管的方法和用于使用远程等离子体产生管处理衬底的设备和方法，包括将清洗气体提供到用于产生远程等离子体的远程等离子体产生管中，远程等离子体产生管被连接到用于使用远程等离子体处理衬底的处理室，由清洗气体形成清洗等离子体，以及使用清洗等离子体除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。

Description

清洗远程等离子体产生管 的方法及处理衬底的设备和方法
技术领域
本发明涉及处理半导体衬底的设备和方法。更具体，本发明涉及清洗远程等离子体产生管内部的方法以及使用该远程等离子体产生管处理半导体衬底的方法和设备。
背景技术
通常，通过执行其中在硅晶片上形成了电子电路的制造工序和其中检查由制造工序形成的电子电路电性能的电子管芯挑选(EDS)工序制造半导体器件。此外，在封装工序中使用环氧树脂独立地包封半导体器件。
半导体器件如256兆位的DRAM或千兆位的SRAM一般具有多层结构。在常规半导体器件中，在半导体衬底上连续地层叠多个层，以在半导体衬底上形成多层结构。在这些层的形成过程中，半导体衬底可以频繁地暴露于包括氧(O2)气的气氛。当半导体衬底暴露于氧气时，包含于半导体衬底中的硅可以与氧气起反应，在半导体衬底上形成自然氧化膜。
图1说明通常发生的，在半导体衬底上形成的自然氧化膜的剖面图。
当包括硅的半导体衬底10接触氧气时，由于氧气和硅之间的反应在半导体衬底10上形成自然氧化膜12。自然氧化膜12在半导体衬底10的表面上一般可以具有几埃()的厚度，。自然氧化膜12可以导致具有多层结构的半导体器件出现故障。此外，自然氧化膜12可以增加半导体器件的接触电阻，以致半导体器件可能具有差的可靠性和响应速度。
图2说明通常发生的，在半导体衬底上形成的自然氧化膜的剖面图，其上设置了接触孔。
参考图2，在半导体衬底20上形成绝缘层24之后，绝缘层24被部分地刻蚀，以形成露出部分半导体衬底20的接触孔26，部分半导体衬底20可以对应于接触区。
由于半导体衬底20中的硅和气氛中的氧气之间的反应，在半导体衬底20的露出部分形成自然氧化膜22。当自然氧化膜22形成在接触区上时，在形成填充接触孔26的接触栓塞或焊盘(未示出)之后可以增加半导体器件的接触电阻。因此，需要从半导体衬底20除去自然氧化膜22。可以使用几种常规方法的一种除去这种自然氧化膜22。
根据一种常规方法，通过湿法刻蚀工艺从衬底除去自然氧化膜。但是，当自然氧化膜位于具有高的高宽比的接触孔中时，通过湿法刻蚀工艺可能不容易除去自然氧化膜。此外，湿法刻蚀工艺中使用的化学试剂可能损伤衬底上形成的其他层或引线。
在其他常规方法中，通过干法刻蚀工艺从衬底除去自然氧化膜。更具体地说，当在具有高的高宽比的接触孔中形成自然氧化膜时，使用刻蚀气体刻蚀自然氧化膜，以便可以容易地除去自然氧化膜。此外，与湿法刻蚀工艺中使用的化学试剂相比，该刻蚀气体可以较少损坏在衬底上形成的层。
刻蚀气体可以包括可以通过氢原子团与三氟化氮(NF3)气体反应形成的NHxFy气体。氢原子团可以产生在连接到处理室的远程等离子体发生器中，以及可以使用包括氢气(H2)或氨气(NH3)的反应气体形成。
远程等离子体发生器包括远程等离子体产生管，和用于提供能量以使反应气体激发为等离子体相的能量源，反应气体被提供到远程等离子体产生管。能量源可以包括用于提供具有约2.45GHz频率的微波能量的微波电源。通过从能量源传送的微波能量，远程等离子体产生管中的反应气体被激发为等离子体相。
但是激发的远程等离子体可以使颗粒粘附到远程等离子体产生管的内部。此外，该颗粒可以变为从远程等离子体产生管分开。当颗粒变分开且被引入处理室中时，处理室中的半导体衬底可能被颗粒污染。因此，由于颗粒半导体器件可能具有较差的性能和显示出差的可靠性。因此，需要一种清洗远程等离子体产生管的内部，以从远程等离子体产生管除去颗粒的方法。
发明内容
因此本发明涉及清洗远程等离子体产生管内部的方法，以及使用该远程等离子体产生管处理半导体衬底的方法和设备，该方法和设备基本上克服由于相关技术的局限性和缺点的一个或多个问题。
本发明的实施例的一个特点是提供一种使用清洗等离子体清洗远程等离子体产生管以从远程等离子体产生管的内部除去各种颗粒的方法，由此防止被处理半导体衬底的污染。
本发明的实施例的另一特点是提供一种使用远程等离子体产生管处理衬底的方法，该方法减少污染而不降低工艺的处理量。
本发明的实施例的再一特点是提供一种用于使用远程等离子体产生管处理衬底的设备，该设备能防止其中处理的衬底被污染。
通过提供一种清洗远程等离子体产生管的方法可以实现本发明的上述及其他特点和优点的至少一种，该方法包括将清洗气体提供到用于产生远程等离子体的远程等离子体产生管中，等离子体产生管被连接到用于使用远程等离子体处理衬底的处理室，由清洗气体形成清洗等离子体，以及使用清洗等离子体除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
形成清洗等离子体可以包括使用微波能量。
清洗气体可以包括惰性气体。清洗气体可以包括选自包括氮气(N2)和氩气(Ar)的组的任意一种气体。
远程等离子体产生管可以包括石英(SiO2)。颗粒可以包括通过石英和用于处理衬底的反应气体之间的反应产生的反应副产品。反应气体可以包括选自包括氢气(H2)和氨气(NH3)的组的任意一种气体。
通过提供一种使用远程等离子体产生管处理衬底的方法可以实现本发明的上述及其他特点和优点的至少一种，该方法包括使用远程等离子体产生管由第一反应气体形成远程等离子体，远程等离子体产生管连接到用于在处理室中处理衬底的处理室，将远程等离子体引入处理室中，以处理衬底，提供清洗气体到远程等离子体产生管中，由清洗气体形成清洗等离子体，以及使用清洗等离子体除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
第一反应气体可以包括选自包括氢气和氨气的组的任意一种气体。远程等离子体产生管可以包括石英。颗粒可以包括通过第一反应气体和石英之间的反应产生的反应副产品。颗粒可以包括氮氧化硅(SiON)。
远程等离子体可以包括氢原子团。将远程等离子体引入处理室中以处理衬底还可以包括刻蚀在衬底上形成的层。在衬底上形成的层可以包括自然氧化膜。刻蚀该层还可以包括提供第二反应气体到处理室中，以通过氢原子团和第二反应气体之间的反应形成刻蚀气体，使刻蚀气体与自然氧化膜反应，以在衬底上形成反应副产品，以及除去反应副产品。可以在约15至约30的温度下使刻蚀气体与自然氧化膜反应。
除去反应副产品还可以包括通过增加衬底周围的温度至约100至约200℃的范围，使反应副产品蒸发，以及排出蒸发的反应副产品。
第二反应气体可以包括三氟化氮(NF3)。
将远程等离子体引入处理室中可以包括处理多个衬底。
形成远程等离子体和形成清洗等离子体可以包括使用微波能量。
清洗气体可以包括惰性气体。提供清洗气体可以包括以约一(1)至约五(5)标准升/分种(SLM)的流速提供清洗气体。
提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒可以执行约三十(30)秒至约五(5)分钟。
该方法还可以包括将待处理的衬底装载到处理室中，以及从处理室卸载已处理的衬底。当从处理室卸载已处理的衬底时，可以执行提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒。可以在从处理室卸载已处理的衬底和将待处理的衬底装载到处理室中之间执行提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒。
在除去颗粒之后可以重复地执行形成远程等离子体和引入远程等离子体。
在本发明的一个实施例中，可以在形成远程等离子体和引入远程等离子体之前执行提供清洗气体、形成清洗等离子体以及除去颗粒，以及该方法还可以包括在除去颗粒之后将衬底装载到处理室中，然后通过提供第一反应气体到远程等离子体产生管中形成远程等离子体。将衬底装载到处理室中可以包括将多个衬底装载到处理室中，以及远程等离子体被引入处理室，以处理多个衬底。该方法还可以包括从处理室卸载已处理的衬底，其中当从处理室卸载已处理的衬底时，执行将清洗气体提供到远程等离子体产生管中，由清洗气体形成清洗等离子体，以及除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。另外，该方法还可以包括从处理室卸载大量已处理的衬底，其中在从处理室卸载已处理的衬底和将待处理的衬底装载到处理室中之间，执行将清洗气体提供到远程等离子体产生管中，由清洗气体形成清洗等离子体，以及除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
形成清洗等离子体和形成远程等离子体可以包括使用通过远程等离子体产生管传送的微波能量。
将衬底装载到处理室中可以包括使用其中布置了衬底的舟，以及使舟移动到处理室中。
在本发明的实施例中，在将清洗气体提供到远程等离子体产生管中之前，该方法还可以包括在引入远程等离子体的同时将第二反应气体引入处理室中，通过使远程等离子体与第二反应气体反应形成第三反应气体，通过使第三反应气体与处理室中装载的衬底上形成的层反应形成反应副产品，蒸发反应副产品，以及从处理室排出蒸发的反应副产品。该层可以包括自然氧化膜。远程等离子体可以包括氢原子团。第二反应气体可以包括三氟化氮。蒸发反应副产品可以包括在约100至约200℃的温度下蒸发反应副产品。远程等离子体产生管可以包括石英，以及第一反应气体可以包括选自包括氢气和氨气的组的任意一种气体。清洗气体可以包括选自包括氮气和氩气的组的任意一种气体。
通过提供一种用于使用远程等离子体产生管处理衬底的设备可以实现本发明的上述及其他特点和优点的至少一种，该设备包括用于接收待处理衬底的处理室，连接到处理室的远程等离子体产生管，用于施加能量到远程等离子体产生管以激发提供到远程等离子体产生管中的气体为等离子体相的能量源，用于提供具有反应气体的远程等离子体产生管以形成用于处理衬底的远程等离子体的反应气体提供单元，以及用于提供具有清洗气体的远程等离子体产生管以形成用于除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒的清洗等离子体的清洗气体提供单元。
能量源可以包括微波电源。
该设备还可以包括用于将第二反应气体提供到处理室中的第二反应气体提供单元。该设备还可以包括具有多个缝隙以均匀地提供反应气体到处理室中的空气分布板。
该设备还可以包括邻近于处理室布置的装载锁定室，其中装载锁定室临时地存储已处理的衬底和待处理的衬底。该设备还可以包括用于接收多个衬底的舟，其中该舟可被操作为在处理室和装载锁定室之间移动。
该设备还可以包括用于加热衬底的加热器。该设备还可以包括布置在处理室中以支撑衬底的卡盘。
该设备还可以包括连接到处理室以排出在衬底的处理和从远程等离子体产生管除去颗粒的过程中产生的反应副产品的真空单元。
根据本发明的各个实施例，可以使用清洗等离子体有效地除去在远程等离子体产生管的内部上产生的颗粒。因此，在半导体衬底上形成的预定层的刻蚀过程中可以防止半导体衬底被污染。此外，可以增加用于制造半导体器件的工艺的处理量。当采用分批式衬底处理设备时，在将半导体衬底装载到处理室中或从处理室卸载半导体衬底之间可以清洗远程等离子体产生管的内部，以便半导体衬底可以被更有效地处理，而不减小分批式衬底处理设备的处理量。
附图说明
对于所属领域的普通技术人员来说通过参考附图对其优选示例性实施例的详细描述将使本发明的上述及其他特点和优点变得更明显，其中：
图1说明通常发生的，在半导体衬底上形成的自然氧化膜的剖面图；
图2说明通常发生的，在半导体衬底上形成的自然氧化膜的剖面图，其上设置了接触孔；
图3说明根据本发明的实施例具有用于处理衬底的远程等离子体产生管的设备的剖面图；
图4说明根据本发明的另一实施例具有用于处理衬底的远程等离子体产生管的设备的剖面图；
图5是说明使用装备有图3中的远程等离子体产生管的设备处理衬底的方法的流程图；
图6示出了当使用氨气时与批数目有关的半导体衬底上的颗粒变化的曲线图；
图7说明半导体衬底上分布的颗粒的平面图；
图8和9是说明半导体衬底上的颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图片；
图10是考虑半导体衬底上的颗粒的俄歇电子能谱分析结果的曲线图；以及
图11示出了根据本发明的实施例使用清洗等离子体清洗远程等离子体产生管之后颗粒数量的曲线图。
具体实施方式
在此将2004年5月21日在韩国知识产权局申请的、名称为“Methodof Cleaning a Surface of a Remote Plasma Generating Tube and Apparatusand Method for Processing a Substrate Using the Same”的韩国专利申请号2004-36416全部引入作为参考。
现在将参考附图更完全地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。但是，本发明可以以多种不同的方式体现，不应该认为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了本公开是彻底的和完全的，并将本发明的范围完全传递给所属领域的技术人员。相同的标记始终指相同的元件。
图3说明根据本发明的实施例具有用于处理衬底的远程等离子体产生管的设备的剖面图。
参考图3，用于处理衬底的设备100具有其中处理多个半导体衬底30的分批式处理室110。
处理室110包括其中处理半导体衬底30的内室114，以及围绕内室114的外室112。
装载锁定室116邻近于，例如在处理室110下面布置。法兰118布置在处理室110和装载锁定室116之间，以将处理室110连接到装载锁定室116。装载锁定室116可以在处理室110中处理之前或之后临时地存储半导体衬底30。
处理室110和装载锁定室116通过在处理室110和装载锁定室116之间插入槽阀120而彼此隔开。
用于接收半导体衬底30的舟122被布置为在处理室110和装载锁定室116之间移动。
第一驱动单元124布置在装载锁定室116下面，以为舟122提供垂直驱动力。第一驱动单元124向上和向下传送舟122。更具体地说，第一驱动单元124将包括待处理衬底30的舟122装载到处理室110中或从处理室110卸载包括已处理衬底30的舟122。
第二驱动单元126布置在外室112上，以为舟122提供旋转驱动力。在第二驱动单元126保证通过第一驱动单元124将舟122传送到内室114中之后，第二驱动单元126使舟122旋转。
待处理的半导体衬底30通过布置在装载锁定室116的侧壁上的闸阀128被装载到装载锁定室116中。此外，已处理的半导体衬底30通过闸阀128被从装载锁定室116卸载。
在外室112内可以安装热源130例如多个卤灯，以加热内室114。从卤灯130产生的热量通过内室114传递到半导体衬底30。外室和内室112和114可以包括具有高导热率的金属或金属合金。例如，外室和内室112和114可以包括铝或铝合金。
在本发明的一个实施例中，可以围绕内室114的外表面安装第一冷却管(cooling coil)(未示出)，以使用流过第一冷却管的冷却剂控制半导体衬底30的温度。
在本发明的另一实施例中，可以在外室112和内室114之间的空间中设置冷却气体供应管线(未示出)。冷却气体供应管线将冷却气体提供到外室112和内室114之间的空间中。
在处理半导体衬底30过程中产生的反应副产品通过连接到内室114的真空单元132被从内室114排出。真空单元132控制内室114的内部压力并从内室114排出反应副产品。此外，当在清洗远程等离子体产生管134的内部的过程中产生颗粒时，真空单元132从连接到内室114的远程等离子体产生管134排出颗粒。
远程等离子体产生管134可以连接到布置在内室114内的空气分布板136。空气分布板136具有用于将远程等离子体产生管134中产生的远程等离子体均匀地提供到内室114中的多个缝隙。
连接部件138使远程等离子体产生管134连接到空气分布板136。远程等离子体产生管134也被连接到第一反应气体提供单元140和清洗气体提供单元142。
第一反应气体提供单元140将第一反应气体提供到远程等离子体产生管134中，以在远程等离子体产生管134中产生远程等离子体。清洗气体提供单元142将清洗气体提供到远程等离子体产生管134中，以清洗远程等离子体产生管134的内部。第一反应气体可以包括氢气(H2)或氨气(NH3)，而清洗气体可以包括惰性气体例如氮气(N2)或氩气(Ar)。
远程等离子体产生管134可以通过第一质量流量控制器(mass flowcontroller)(MFC)140a和第一开关阀140b连接到第一反应气体提供单元140。远程等离子体产生管134可以类似地通过第二MFC142a和第二开关阀142b连接到清洗反应气体提供单元142。
第二反应气体提供单元144被连接到内室114，以将第二反应气体提供到内室114中。第二反应气体可以包括三氟化氮(NF3)。第二反应气体可以通过第三MFC144a和第三开关阀144b连接到内室114。
在本发明的一个实施例中，第二反应气体提供单元144可以被连接到远程等离子体产生管134。更具体地说，可以通过远程等离子体产生管134将第二反应气体和第一反应气体一起提供到内室114中。
能量源148通过波导146将微波能量提供到远程等离子体产生管134，以便激发第一反应气体和清洗气体，在远程等离子体产生管134中形成远程等离子体。波导146可以基本上垂直于远程等离子体产生管134布置。能量源148可以包括用于产生微波能量的微波电源。微波电源可以包括用于产生具有约2.5GHz频率的微波的振荡器和用于放大由振荡器产生的微波的放大器。
远程等离子体产生管134可以包括石英(SiO2)。第二冷却管(未示出)可以围绕远程等离子体产生管134的外表面缠绕，以控制远程等离子体产生管134的温度。
在工作中，当包括半导体衬底30的舟122被装载到处理室110中时，从第一反应气体提供单元140将第一反应气体提供到远程等离子体产生管134。由通过波导146传送的微波能量和远程等离子体产生管134，使第一反应气体进入远程等离子体产生管134，以形成远程等离子体。
然后通过空气分布板136将包括氢原子团的远程等离子体引入处理室110。然后远程等离子体与由第二反应气体提供单元144提供的第二反应气体反应，在处理室110中形成第三反应气体。
第三反应气体与半导体衬底30上形成的自然氧化膜中的氧化物反应，以在半导体衬底30上形成反应副产品，例如氟硅酸盐。通过由卤灯130产生的热量蒸发反应副产品，然后通过真空单元132从处理室110排出蒸发的反应副产品。
当使用第三反应气体在处理室110中处理半导体衬底30时，第二驱动单元126使包括半导体衬底30的舟122以预定的速度旋转。由此，可以在半导体衬底30上均匀地提供第三气体，以及由卤灯130产生的热量可以均匀地传递到半导体衬底30。此外，因为第二驱动单元126使包括半导体衬底30的舟122旋转，因此半导体衬底30可以被均匀地冷却。
处理之后，通过第一驱动单元124从处理室110将具有已处理半导体衬底30的舟122卸载到装载锁定室116。
通过闸阀128从装载锁定室116传送具有已处理半导体衬底30的卸载舟122。在通过闸阀128将具有待处理半导体衬底30的另一个舟122传送到装载锁定室116中之后，通过第一驱动单元124将具有待处理半导体衬底30的舟122装载到处理室110中。
在卸载包括已处理半导体衬底30的舟122和装载包括待处理半导体衬底30的舟122之间可以清洗远程等离子体产生管134的内部。可以优选在卸载具有已处理半导体衬底30的舟122过程中清洗远程等离子体产生管134的内表面。
之后将详细描述清洗远程等离子体产生管的内部的方法和使用远程等离子体产生管处理衬底的方法。
图4说明根据本发明的另一实施例具有用于处理衬底的远程等离子体产生管的设备的剖面图。
参考图4，用于处理衬底的设备200包括用于处理单个半导体衬底30的单个型处理室210。
用于支撑半导体衬底30的卡盘212被布置在处理室210中。处理室210通过布置在处理室210上的连接部件214连接到远程等离子体产生管216。
用于提供微波能量到远程等离子体产生管216的能量源218被连接到波导220，波导220可以基本上垂直于远程等离子体产生管216布置。
远程等离子体产生管216被连接到清洗气体提供单元222和第一反应气体提供单元224。远程等离子体产生管216可以包括石英(SiO2)，以便通过远程等离子体产生管216传送微波能量。
清洗气体可以通过第一开关阀222a和第一MFC222b从清洗气体提供单元222提供到远程等离子体产生管216。第一反应气体可以通过第二开关阀224a和第二MFC224b从第一反应气体提供单元224提供到远程等离子体产生管216。第一反应气体可以包括氢气(H2)或氨气(NH3)，以除去在半导体衬底30上形成的自然氧化膜。清洗气体可以包括氮气(N2)或氩气(Ar)，以除去远程等离子体产生管216的内部上的颗粒。
远程等离子体产生管216中的第一反应气体被激发，以形成包括氢原子团的远程等离子体。然后通过连接部件214将远程等离子体从远程等离子体产生管216传送到处理室210。
用于提供第二反应气体例如三氟化氮(NF3)气体的第二反应气体提供单元226被连接到处理室210，以将第二反应气体提供到处理室210中。可以通过第三开关阀226a和第三MFC226b将第二反应气体引入处理室210。
在本发明的一个实施例中，第二反应气体提供单元226可以被连接到远程等离子体产生管216。更具体地说，可以通过远程等离子体产生管216将第一反应气体和第二反应气体一起提供到处理室210中。
处理室210的内部可以分为用于处理半导体衬底30的处理区210a和用于使远程等离子体和第二反应气体混合的混合区210b。空气分布板228被安装在处理室210中，以分开处理区210a和混合区210b。空气分布板228具有多个缝隙或孔，以在通过卡盘212支撑的半导体衬底30上均匀地提供第三反应气体。通过包含于远程等离子体中的氢原子团和第二反应气体的反应，在处理室210中形成第三反应气体。
在处理室210中或处理室210的一侧上可以放置热源(未示出)，例如多个卤灯，以增加半导体衬底30周围的温度。此外，卡盘212可以装备有加热器(未示出)，以增加半导体衬底30周围的温度。在本发明的一个实施例中，处理室210可以省略空气分布板228。
用于提供冷却气体或冷却水的冷却线230安装在卡盘212内，以控制半导体衬底30的温度。
通过使第三反应气体与半导体衬底30上的自然氧化膜反应，在处理区210a中产生反应副产品。在通过增加半导体衬底30周围的温度蒸发反应副产品之后，通过连接到处理室210的真空单元232从处理室210排出蒸发的反应副产品。
在如上所述的半导体衬底30的处理过程中，可以通过使用清洗等离子体清洗远程等离子体产生管216的内表面除去在远程等离子体产生管216内形成的颗粒。
图5是说明使用装备有图3中的远程等离子体产生管的设备处理衬底的方法的流程图。
参考图3和5，在步骤S100中，半导体衬底30被装载到处理室110中。在半导体衬底30上可以形成预定层，以及在预定层和半导体衬底30之间可以分别形成包括硅的薄膜。此外，在预定层和半导体衬底30之间形成具有部分地露出半导体衬底30的接触孔的图形。每个预定层可以包括自然氧化膜。
可以使用舟122将半导体衬底30装载到处理室110中。在本发明的该实施例中，多个半导体衬底30被同时装载到处理室110中。另外，图4中所示的单个型处理室210可以用于分开地处理单个半导体衬底30。
在步骤S102中，第一反应气体被提供到远程等离子体产生管134中，远程等离子体产生管134连接到处理室110。第一反应气体可以包括氢气(H2)或氨气(NH3)。可以使用载体气体将第一反应气体引入远程等离子体产生管134中。载体气体可以包括惰性气体例如，氮气(N2)或氩气(Ar)。
在步骤S104中，由远程等离子体产生管134中的第一反应气体产生远程等离子体。可以使用约2至约2.8kW的微波能量激发第一反应气体，以将第一反应气体转变为等离子体相。微波能量可以具有约2.45GHz的频率。远程等离子体产生管134可以包括石英(SiO2)，以便通过远程等离子体产生管134传送微波能量。
在步骤S106中，远程等离子体被引入处理室110中，以及第二反应气体也被引入处理室110中。远程等离子体中的氢原子团与第二反应气体起反应，以在处理室110中形成第三反应气体。第三反应气体用作刻蚀气体，除去在半导体衬底30上形成的自然氧化膜。远程等离子体通过连接部件138和空气分布板136被提供到处理室110中。第二反应气体可以包括含氟化合物。例如，可以采用三氟化氮(NF3)气体作为第二反应气体。第三反应气体可以包括通过氢原子团和三氟化氮(NF3)气体之间的反应形成的氟化铵(NHxFy)。另外，可以通过远程等离子体产生管134将第二反应气体提供到处理室110中。在那种情况下，可以在远程等离子体产生管134中激发第二反应气体，然后提供到处理室110中。如上所述，第二反应气体可以包括三氟化氮气体。
在步骤S108中，第三反应气体与半导体衬底30上的自然氧化膜起反应，以形成反应副产品，例如氟硅酸盐。当产生反应副产品时，半导体衬底30优选保持在约15至约30℃的第一温度。可以使用冷却剂调整半导体衬底30周围的温度。冷却剂可以包括液化的氮气或二氧化碳。另外，可以使用冷却水控制半导体衬底30周围的温度。
使用第三反应气体产生反应副产品需要的时间可以取决于半导体衬底30上的自然氧化膜的厚度。由于自然氧化膜一般具有几埃()的厚度，产生反应副产品需要的时间可以在约二十(20)至约四十(40)秒的范围内。
在步骤S110中，半导体衬底30周围的第一温度迅速地增加到约100至约200℃的第二温度。由于从卤灯130传递的热量，半导体衬底30周围的第一温度增加。当半导体衬底30周围的温度增加时，反应副产品可以部分地蒸发。半导体衬底30周围的温度可以优选以约35至约92.5℃/分钟的速度增加。半导体衬底30周围的温度可以以小于约五(5)分钟，优选小于约两(2)分钟增加也是合符需要的。更具体地说，第一温度在约五分钟内增加到第二温度，优选在约两分钟内。蒸发的反应副产品通过连接到处理室110的真空单元132从处理室110排出。
在步骤S112中，半导体衬底30周围的温度保持在第二温度，以从半导体衬底30蒸发反应副产品。蒸发反应副产品需要的时间可以在约150至约210秒的范围内。例如，反应副产品可以在约180秒内蒸发。
在步骤S114中，半导体衬底30周围的温度从第二温度迅速地减小到第一温度。半导体衬底30周围的温度以约14至约37℃/分钟的速度减小。此外，半导体衬底30周围的温度可以优选在约五(5)分钟内从第二温度减小到第一温度。可以使用冷却剂减小半导体衬底30周围的温度。冷却剂可以包括液化的氮气、二氧化碳或其组合物。另外，可以使用冷却水减小半导体衬底30周围的温度。
半导体衬底30被有利地旋转，以增加从半导体衬底30除去自然氧化膜的效率。当旋转半导体衬底30时，在半导体衬底30上可以均匀地提供第三反应气体。此外，半导体衬底30的旋转增加热传递效率。
在步骤S116中，从处理室110卸载已处理的半导体衬底30。更具体地说，使用舟122从处理室110将半导体衬底30卸载到位于处理室110下面的装载锁定室116。然后通过连接到装载锁定室116的闸阀128将半导体衬底30传送到装载锁定室116外面。当采用图4中的单个型衬底处理设备200时，可以使用传送机械手(未示出)通过安装在单个型处理室210的侧壁上的闸阀(未示出)从单个型处理室210卸载一个半导体衬底30。
同时，由于从第一反应气体转变的远程等离子体在远程等离子体产生管134内形成颗粒。特别，当氨气(NH3)用作第一反应气体时，由于通过微波能量激发的远程等离子体中的激发物质N*，在远程等离子体产生管134的内表面上形成氧氮化物，例如氮氧化硅(SiON)。当氧氮化物从远程等离子体产生管134的内表面分离时，分离的氧氮化物可能污染半导体衬底30。
当氢气(H2)用作第一反应气体时，远程等离子体产生管134可能被氢等离子体浸蚀，以及由于远程等离子体产生管134的浸蚀产生的颗粒例如产生的SiO或OH可能污染半导体衬底30。
图6示出了当氨气用作第一反应气体时与批数目有关的半导体衬底上的颗粒变化的曲线图。图7说明半导体衬底上分布的颗粒的平面图。图8和9是说明半导体衬底上的颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图片。图10是考虑半导体衬底上的颗粒的俄歇电子能谱(AES)分析结果的曲线图。
例如，当使用分批式处理室110处理半导体衬底30时，在舟122上装载一百个半导体衬底30。氨气用作第一反应气体，三氟化氮气体用作第二反应气体。使用第三反应气体小于约三十(30)秒在半导体衬底30上产生反应副产品。处理室110中的温度保持在约20℃。在处理室110的温度迅速地增加到约150℃之后，处理室110的温度被保持在约150℃，以从半导体衬底30蒸发反应副产品。处理室110的温度以65℃/分的速度增加约180秒。处理室110的温度保持约180秒。然后处理室110的温度从约150减小到约20℃。处理室110的温度在约五(5)分钟内以约26℃/分的速度减小。已处理的半导体衬底30被从处理室110卸载到装载锁定室116，然后通过闸阀128从装载锁定室116传送。
参考图6，在第50批中的半导体衬底被处理之后，颗粒的数目显著地增加，以及在第100批的半导体衬底被处理之后，颗粒的数目更加显著地增加。
参考图7至10，颗粒32分布在半导体衬底30的整个表面之上，以及颗粒32一般包括氮氧化硅(SiON)。如图10所示，当将硅衬底40的分析与颗粒42的分析相比较时，可以看出颗粒包括氮气和氧气。因此，可以注意到由于从包括石英的远程等离子体产生管134的内部分离的氧氮化物产生颗粒。
返回参考图3和5，在步骤S118中，清洗气体被提供到远程等离子体产生管134中，以清洗远程等离子体产生管134的内部。惰性气体，例如氮气或氩气可以用作清洗气体。
在步骤S120中，使用约2至2.8kW的微波能量由引入远程等离子体产生管134的清洗气体产生清洗等离子体被。微波能量可以具有约2.45GHz的频率。
在步骤S122中，使用清洗等离子体除去远程等离子体产生管134的内表面上的颗粒。可以通过清洗等离子体的溅射从远程等离子体产生管134的内表面除去颗粒。以约一(1)至约五(5)标准升/分种(SLM)的流速将清洗气体提供到远程等离子体产生管134中，以及清洗远程等离子体产生管134的内部约三十(30)秒至约五(5)分钟。
通过连接到处理室110的真空单元132从处理室110排出从远程等离子体产生管134除去的颗粒。
图11示出了使用清洗等离子体清洗远程等离子体产生管134之后产生的颗粒数量的曲线图。在第六批中的半导体衬底被处理之后，远程等离子体产生管134被清洗，以及氮等离子体用作清洗等离子体。
参考图11，在使用清洗等离子体清洗远程等离子体产生管134之后，半导体衬底30上的颗粒数目显著地减小。在该例子中，使用图3中的分批式处理室110处理半导体衬底30。
当采用分批式处理室110时，优选在将已处理的半导体衬底30卸载出处理室110和将待处理的半导体衬底30装载到处理室110中之间，清洗远程等离子体产生管134的内部。更优选，在从处理室110卸载已处理半导体衬底30的过程中清洗远程等离子体产生管134的内部。当清洗远程等离子体产生管134与已处理半导体衬底30的卸载一起时，可以不需要用于清洗远程等离子体产生管134的附加时间。因此，可以防止半导体衬底30被污染，而不减小分批式衬底处理设备100的处理量。
可以在处理每一批半导体衬底之前或之后经常地清洗远程等离子体产生管134的内部。另外地，可以在连续地处理预定的批数之后清洗远程等离子体产生134的内部。
当采用图4所示的单个型处理室210时，可以在从处理室210卸载已处理的半导体衬底30之后，清洗远程等离子体产生管216的内部。此外，可以在处理每个半导体衬底30之前或之后经常地清洗远程等离子体产生管216的内部。另外地，可以在连续地处理预定数目的半导体衬底30之后清洗远程等离子体产生216的内部。
根据本发明，使用清洗等离子体可以有效地除去在远程等离子体产生管的内部上产生的颗粒。因此，在刻蚀在半导体衬底上形成的预定层的过程中可以防止半导体衬底被污染。此外，可以增加用于制造半导体器件的工艺的生产率。
此外，当采用分批式衬底处理设备时，在将半导体衬底装载到处理室中和将半导体衬底卸载出处理室之间清洗远程等离子体产生管的内部，以便半导体衬底可以被更有效地处理，而不减小分批式衬底处理设备的处理量。
在此已经公开了本发明的示例性实施例，尽管采用了具体的术语，但是它们仅仅被使用和被一般性解释和描述而不是用于限制。由此，所属领域的普通技术人员应当明白，在不脱离下列权利要求所阐述的本发明的精神和范围的条件下，可以在形式上和细节上进行各种改变。

Claims (50)

1.一种清洗远程等离子体产生管的方法，包括：
将清洗气体提供到用于产生远程等离子体的远程等离子体产生管中，远程等离子体产生管连接到用于使用远程等离子体处理衬底的处理室；
由清洗气体形成清洗等离子体；以及
使用清洗等离子体除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成清洗等离子体包括使用微波能量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中清洗气体包括惰性气体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中清洗气体包括选自由氮气(N2)和氩气(Ar)构成的组的任意一种气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中远程等离子体产生管包括石英(SiO2)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中颗粒包括通过石英和用于处理衬底的反应气体之间的反应产生的反应副产品。
7.根据权利要求6所述的方法，其中反应气体包括选自由氢气(H2)和氨气(NH3)构成的组的任意一种气体。
8.一种使用远程等离子体产生管处理衬底的方法，包括：
使用远程等离子体产生管由第一反应气体形成远程等离子体，远程等离子体产生管连接到用于在处理室中处理衬底的处理室；
将远程等离子体引入处理室中，以处理衬底；
将清洗气体提供到远程等离子体产生管中；
由清洗气体形成清洗等离子体；以及
使用清洗等离子体除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
9.根据权利要求8所述的方法，其中第一反应气体包括选自由氢气和氨气构成的组的任意一种气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中远程等离子体产生管包括石英。
11.根据权利要求10所述的方法，其中颗粒包括通过第一反应气体和石英之间的反应产生的反应副产品。
12.根据权利要求11所述的方法，其中颗粒包括氮氧化硅(SiON)。
13.根据权利要求8所述的方法，其中远程等离子体包括氢原子团。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将远程等离子体引入处理室中以处理衬底还包括刻蚀在衬底上形成的层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在衬底上形成的层包括自然氧化膜。
16.根据权利要求15所述的方法，其中刻蚀该层还包括：
提供第二反应气体到处理室中，以通过氢原子团和第二反应气体之间的反应形成刻蚀气体；
使刻蚀气体与自然氧化膜反应，以在衬底上形成反应副产品；以及
除去反应副产品。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在约15至约30℃的温度下执行刻蚀气体与自然氧化膜的反应
18.根据权利要求16所述的方法，其中除去反应副产品还包括：
通过增加衬底周围的温度至约100至约200℃的范围蒸发反应副产品；以及
排出蒸发的反应副产品。
19.根据权利要求16所述的方法，其中第二反应气体包括三氟化氮(NF3)。
20.根据权利要求8所述的方法，其中将远程等离子体引入处理室中包括处理多个衬底。
21.根据权利要求8所述的方法，其中形成远程等离子体和形成清洗等离子体包括使用微波能量。
22.根据权利要求8所述的方法，其中清洗气体包括惰性气体。
23.根据权利要求8所述的方法，其中提供清洗气体包括以约一(1)至约五(5)标准升/分种(SLM)的流速提供清洗气体。
24.根据权利要求8所述的方法，其中提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒执行约三十(30)秒至约五(5)分钟。
25.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将待处理的衬底装载到处理室中；以及
从处理室卸载处理的衬底。
26.根据权利要求25所述的方法，其中当从处理室卸载已处理的衬底时执行提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒。
27.根据权利要求25所述的方法，其中在从处理室卸载已处理的衬底和将待处理的衬底装载到处理室中之间执行提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒。
28.根据权利要求8所述的方法，其中在除去颗粒之后重复地执行形成远程等离子体和引入远程等离子体。
29.根据权利要求8所述的方法，其中在形成远程等离子体和引入远程等离子体之前执行提供清洗气体、形成清洗等离子体和除去颗粒，该方法还包括：
在除去颗粒之后，将衬底装载到处理室中，然后通过将第一反应气体提供到远程等离子体产生管中，形成远程等离子体。
30.根据权利要求29所述的方法，其中将衬底装载到处理室中包括将多个衬底装载到处理室中，以及远程等离子体被引入处理室中，以处理该多个衬底。
31.根据权利要求30所述的方法，还包括从处理室卸载已处理的衬底，
其中当从处理室卸载已处理衬底时，执行将清洗气体提供到远程等离子体产生管中、由清洗气体形成清洗等离子体以及除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
32.根据权利要求30所述的方法，还包括从处理室卸载多个已处理的衬底，其中在从处理室卸载已处理的衬底和将待处理的衬底装载到处理室中之间，执行将清洗气体提供到远程等离子体产生管中、由清洗气体形成清洗等离子体以及除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒。
33.根据权利要求29所述的方法，其中形成清洗等离子体和形成远程等离子体包括使用通过远程等离子体产生管传送的微波能量。
34.根据权利要求29所述的方法，其中将衬底装载到处理室中包括：
使用其中布置了衬底的舟；以及
将舟移动到处理室中。
35.根据权利要求8所述的方法，在将清洗气体提供到远程等离子体产生管中之前，还包括：
在引入远程等离子体的同时，将第二反应气体引入处理室中；
通过使远程等离子体与第二反应气体反应形成第三反应气体；
通过使第三反应气体与处理室中装载的衬底上形成的层反应，形成反应副产品；
蒸发反应副产品；以及
从处理室排出蒸发的反应副产品。
36.根据权利要求35所述的方法，其中该层包括自然氧化膜。
37.根据权利要求35所述的方法，其中远程等离子体包括氢原子团。
38.根据权利要求35所述的方法，其中第二反应气体包括三氟化氮。
39.根据权利要求35所述的方法，其中蒸发反应副产品包括在约100至约200℃的温度下蒸发反应副产品。
40.根据权利要求35所述的方法，其中远程等离子体产生管包含石英，以及第一反应气体包括选自由氢气和氨气构成的组的任意一种气体。
41.根据权利要求35所述的方法，其中清洗气体包括由氮气和氩气构成的组的任意一种气体。
42.一种用于使用远程等离子体产生管处理衬底的设备，包括：
用于接收待处理衬底的处理室；
连接到处理室的远程等离子体产生管；
用于施加能量到远程等离子体产生管，以将提供到远程等离子体产生管中的气体激发为等离子体相的能量源；
反应气体提供单元，用于提供具有反应气体的远程等离子体产生管，以形成用于处理衬底的远程等离子体；以及
清洗气体提供单元，用于提供具有清洗气体的远程等离子体产生管，以形成用于除去在远程等离子体产生管内形成的颗粒的清洗等离子体。
43.根据权利要求42所述的设备，其中能量源包括微波电源。
44.根据权利要求42所述的设备，还包括用于将第二反应气体提供到处理室中的第二反应气体提供单元。
45.根据权利要求42所述的设备，还包括具有多个缝隙以将反应气体均匀地提供到处理室中的分布板。
46.根据权利要求42所述的设备，还包括邻近于处理室布置的装载锁定室，其中装载锁定室临时地存储已处理的衬底和待处理的衬底。
47.根据权利要求46所述的设备，还包括用于接收多个衬底的舟，其中该舟可被操作为在处理室和装载锁定室之间移动。
48.根据权利要求42所述的设备，还包括用于加热衬底的加热器。
49.根据权利要求42所述的设备，还包括布置在处理室中以支撑衬底的卡盘。
50.根据权利要求42所述的设备，还包括真空单元，真空单元连接到处理室，以排出衬底的处理过程中产生的反应副产品和从远程等离子体产生管除去的颗粒。
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