[发明专利]半导体处理系统及其控制湿度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新的半导体处理系统。本发明还涉及用于在半导体处理室中控制湿度的方法。该系统和方法可供在半导体加工设备中精确控制湿度用。对于在使用水蒸汽作处理气体的工艺过程中制造半导体器件本发明具有特定的适用性。

背景技术

近来，半导体制造业中使用的一些干法(即，气相)工艺已采用水蒸汽作处理气体。呈水蒸汽状态的水分一般和其他一些处理气体共同存在于处理室内。像这样的工艺方法包括，例如，湿法氧化、化学气相沉积铜(Cu-CVD)以及光致抗蚀剂和后蚀刻残渣去除处理。

在上述的一些工艺方法中，把要处理的半导体晶片放进处理室。可以把液体状态的水分输入处理室，接着在处理室中被蒸发，或者例如，用携带气体把蒸汽状态的水分输入处理室。用另一种方法，例如，通过在处理室中的氢(H₂)和氧(O₂)在高温时的反应可以就地形成水蒸汽。然而在所有情况下，由于在引到处理室的气体输送管内和/或在处理室本身里发生的吸附-解吸现象的严重影响，所以处理室内的湿度难以控制。

根据以上所述，表明在处理室里面湿度的现场测量不但对于工艺研制而且在大量生产中对于评估有助于确保半导体处理中的均匀性的一轮到一轮工艺过程可再现性会是一种非常有用的手段。

能够用于水蒸汽测量的分析设备中间是通常称之为残剩气体分析仪(RGA)的一类质谱仪。例如见，D.Lichtman，Residual GasAnalysis：Past，Present and Future，J.Vac.Sci.Technol，A8(3)(1990)。质谱仪工作时要求大约10^-5乇范围内的压力，然而半导体加工设备的工作压力常常是较高的，例如在从大约0.1到760乇的范围内。所以，质谱仪需要取样装置和专用真空泵，而因此在结构上既昂贵又不紧凑。而且，放置质谱仪的差级抽真空室一般会有难以去除和严重限制质谱仪的水蒸汽测量灵敏度的高含量的残剩水蒸汽。

发射光光谱测定法已广泛用于监测等离子体加工。就原理而论，发射光光谱测定法应该用来监测加工设备中出现的水蒸汽。然而，发射光光谱是非常复杂的，而且，在非等离子体加工中不能够使用这种方法。

在考虑工艺过程化学的研究情况中已广泛使用另外一些光谱方法。例如见Dreyfus et al，Optical Diagnostics of Low Pressure Plasmas，Pure and Applied Chemistry，57(9)，pp.1265-1276(1985)。然而，像这样的一些方法通常需要专门改装的容器。例如，通常在研究另外一些方法中已注意到用内腔式激光器光谱测定法监测现场水分的可能性。例如见G.W.Atkinson，High Sensitivity Detection of Water ViaIntracavity Laser Spectroscopy，Microcontawination，94 ProceedingsCanon Communications(1994)。

通常对于在大气压或接近大气压下操作的工艺过程来说，常规的气体分析仪已用于现场水分测量。例如，见Smoak et al，Gas ControlImproves Epiyield，Semiconductor International，pp.87-92(June1990)。根据上述的方法，一部分工艺处理气体被抽入取样器，然后取样器把试样释放到分析仪。然而，由于水分往往会吸附在取样器的表面，所以在测量水分中使用取样品不是最理想的。此外，当这样的方法需要容纳常规气体分析仪的相当大空间而该空间一般至少是在半导体制造净化室时这样的方法常常是不希望用的。

Tapp等人的U.S.Patent 5,241,851中公开用于测量工艺过程环境中的瞬时水分浓度和完全干燥特性的一种方法。根据这种方法，水分分析仪交替地取处理室排出废气流的试样和由标准气体发生器产生的气体的试样。调节标准气体发生器的输出一直到分析仪显示流出废气流和标准气体流之间没有差别为止。因为标准气体发生器的输出中的含水量是已知的，所以能够测定流出废气流中的水含量。然而，当这样的系统需要标准气体发生器以及影响流出废气流和标准气体流之间开关的复杂管道时这样的系统是复杂而不方便的。此外，有从标准气体发生器到处理室的回流引起有害物质对正制作的产品沾污的危险。

发明概述