用辐照选择性清除物质的方法及装置制造方法及图纸

一种用来从衬底表面选择性地消除不希望有的材料的设备和方法，它在不希望有的材料衬底表面上提供一个惰性气体流，同时用载能光子辐照不希望有的材料。本发明专利技术使得有可能清除不希望有的材料而不改变被清除的不希望有的材料下方或附近的材料的物理性质。本发明专利技术可用来产生表面形貌的改变（包括纳米结构和表面整平）。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的背景本申请是1993年4月12日提交的美国专利申请No.08/045,165(此处将其结合进来作为参考并称为“母申请”)的部分继续申请，该申请是1992年3月31日提交的美国专利申请NO.07/865,039的部分继续申请(此处将其结合进来作为参考并称为该“039申请”)，该申请是1990年11月9日提出的美国专利申请NO.07/611,198而现为美国专利NO.5,099,557(“557专利”)的部分继续申请，该申请本身又是1988年7月8日提交的美国专利申请NO.07/216,903而现为美国专利NO.5，024,968(“968专利”)的分案申请。本专利技术涉及到从表面清除物质。更确切地说，本专利技术涉及到用辐照地方法从衬底表面清除物质而不改变处于被清除物质下方或附近的待要保留在衬底上的物质的物理性质。从衬底表面有效地清除不希望有的物质，是许多重要的材料加工和产品制造工艺的一个关键步骤。如在本专利申请中所述，不希望有的物质(也可认为是沾污物)包括颗粒、不希望有的化学元素或化合物以及材料薄膜或材料层。颗粒可以是尺寸从亚微米到肉眼可见的细粒的分立物质。不希望有的化学物包括清除工序执行时不希望有的任何元素或化合物。例如，羟族(-OH)在某一工序阶段可以是一种衬底表面上需要的反应助催化剂，而在另一阶段可能是一种不希望有的沾污物。材料薄膜或层可以是诸如来自指纹的人体油、油漆和环氧树脂之类的有机物，或诸如衬底材料的氧化物或者衬底暴露于其中的其它无机物。为使衬底更好地达到其使用目的，可能需要清除这类不希望有的物质。例如，在某些精密科学测量器件中，当器件中的光学透镜或平面镜被微细的表面沾污物覆盖时，其精度就受到损失。同样，在半导体中，由少量分子沾污物造成的表面缺陷常常使半导体掩模或芯片变得毫无用处。在石英半导体掩模中，即使少许降低分子表面缺陷的数量，也可以大大改善半导体芯片的成品率。同样，在片子上沉积电路层之前或在各层沉积之间，从硅片表面清除掉诸如碳或氧之类的分子表面沾污物，也可显著地改善制得的计算机芯片的质量。可做到衬底材料层的选择性清除，从而在衬底表面上形成极小尺寸的结构(所谓“纳米结构”)。无论是衬底材料、氧化层或其它的材料层，还可沿衬底表面按不同的量作选择性清除，从而改变衬底的表面形貌(诸如使粗糙的表面变平滑)。材料加工设备需要经常处理以清除不希望有的物质，从而防止该设备所加工的产品受到沾污。例如，在生产过程中最终沾污硅片的大部分不希望有的物质从诸如放置片子的加工室、用来支持片子以通过石英炉管的石英装片舟(及炉管本身)以及使工艺气体进入工作室的气体管道之类的生产设备中放出。因此，定期清洗这些设备就能够显著地降低生产过程中片子所受的沾污水平。通常，用来从衬底清除物质的任何工序都应该不影响需要保留的材料的物理性质。需保留不受影响的物理性质一般包括晶体结构、导电率、密度、介电常数、电荷密度、霍耳系数以及电子/空穴的扩散系数。在特殊的半导体应用中(诸如金属氧化物半导体(“MOS”)；场效应晶体管(“Fet”)；和双极结(“BJT”))，这些性质可包括MOS中的单位面积电容；结电容；Fet中从漏到源的沟道电流；BJT中从收集极到基极和从发射极到基极的电压；Fet中从漏到源和从栅到源的电压；MOS阈值电位；MOS单位面积表面态电荷；以及存储延迟时间。而且，改变留下的材料的形貌(如表面粗糙度)可能是不可取的。如在本专利申请中详细描述的那样，已提出了并正在使用着许多用来清除不希望有的物质的方法。这些方法包括湿法化学清洗(RAC工艺)、稀释氢氟酸、强声与超声、超临界流体清洗、紫外和臭氧清洗、刷扫清洗、气相HF、激光增强液体清洗(包括Allen工艺和Tam工艺)、表面熔化、退火、以及烧蚀。另一种方法是等离子清洗，此法可在反应离子刻蚀(RIE)设备完成一定数量工序(例如一定数目的片子)之后用来清洗RIE的工作室。最佳等离子物质是氧、四氧化碳和氮，它们可用于各种不同的质量克分子浓度来清洗光学元件和硅表面。基于电子回旋共振(ECR)的等离子体是当前的工艺。这种清洗的效果局限于颗粒一清除薄膜看来有困难而且对电学参数有损害。干冰(CO2)清洗(即所知的雪洗和CO2喷洗)是通过带有各种喷孔的手持工具提供CO2雪花以清洗表面的方法。此法受限于颗粒在CO2雪花中的溶解度，例如，若该颗粒不溶于CO2，则此颗粒就不会从表面被清除掉。而且，此法不能清除氧化物和聚合物薄膜。所有这些方法都有一些缺点，包括不能清除非常小的颗粒；引起下方衬底物理性质不希望有的化；耗费大量超纯水和气之类的昂贵材料；以及产生有毒废品(为氢氟酸)。薄膜，特别是氧化膜是一种需要从衬底清除的普通而麻烦的材料。暴露于氧化气氛(如空气)中的大多数材料都形成一个覆盖表面的天然氧化物。这种氧化层通常是一种基本上连续的氧化材料分子层。在大多数情况下，这种天然氧化层都是有害的，依赖于衬底材料如何使用。解决此问题的一个途径是使衬底材料保持在真空中以防止氧化物生长。已知的清除氧化膜的方法包括用王水、硫酸和氢氟酸之类的强酸对它们进行处理。在半导体制造过程中，由于工艺图形不断变小，故从硅衬底清除天然氧化物(氧化硅)受到极大的关注。清除氧化物的现行方法是采用液相HF，并正实验采用气相卤素和结合紫外辐照的气相卤素。见B.VanEck，S.Bhat，V.Menon的“ SiO2的气相腐蚀及清洗”(Proceedings，Micro-contamination 92，Santa Clara，CA，Oct.27-30，1992，P694)；J.de Larios，W.Krusell，D.Mckean，G.Smolinsky，B.Doris，M.Gordon的“从片子气相清洗痕量金属和有机沾污物紫外辐照氧基和氯基化学”(Proceedings，Microcontamination 92，SantaClara，CA，Oct.27-30，1992，P.706；M.Miyashita，T.Tusga，K.Makihara，T.Ohmi的“CZ、FZ和EPI片子表面微粗糙性对湿法化学工艺的依赖”(J.Electrochem.Soc.，139(8)，P.2 133(1992))；以及T.Ohmi的“通过超净加工的VLSI可靠性”(Proceedings IEEE，81(5)，P716)。采用卤基化学由于是一种整体而非定点的清除方法，因而会损害相邻的电路。清除表面氧化物对于制备在空间、汽车和建筑结构应用中用来替代焊接的金属衬底来说也是重要的。在修复风化了的金属表面和改进流通货币的质量方面也有用处。另一重要处理工艺是在诸如压力传感器、加速计、原子力显微探针和微电机之类的衬底材料上或其中产生纳米结构(极小的物理结构)。所提出的产生纳米结构的一种方法涉及到结合掩模技术的化学腐蚀(可用于大块微加工，其中的材料结构层建立在片子上，然后将牺牲层腐蚀掉)，见J.Bryzaek，K.Peterson，W.McCulley，IEEE Spectrum，1994年5月，P.20。提出的另一方法涉及到材料的激光聚焦沉积，见J.J.McClelland，R.E.Scholten，E.C.Palm，R.J.Celotta的“激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来从衬底被处理表面选择性地清除基本连续的不希望有的材料层而不影响待要留在不希望有的材料附近或下方的被处理表面上的所需要材料的物理性质的方法，包含下列步骤：横跨上述不希望有的材料，引入一个基本上对上述衬底呈惰性的气体流；以及用空间和时间浓度足以从被处理表面释放不希望有的材料而不足以改变所需材料的物理性质的载能光子，辐照上述不希望有的材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AC恩格斯伯格，DR费兹帕特克，
申请(专利权)人：大锅有限合伙人公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]