CN101106069A - 延长等离子蚀刻系统中反应腔使用寿命的方法 - Google Patents

Abstract

在等离子体蚀刻设备中，反应腔是十分重要的部件，本发明提供一种延长分耦式等离子体源金属蚀刻机台中上反应腔使用寿命的方法，通过对上反应腔中容易受等离子体损害的部分提供特殊材质的覆盖物，使上反应腔的使用寿命得到延长。同时由于上反应腔壁在覆盖环套保护下不易受损，也就不容易产生导致产品缺陷的微粒，这样对后续制程以至产品良率均有提升。

Description

延长等离子蚀刻系统中反应腔使用寿命的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中的化学机械研磨制程，具体涉及一种减少化学机械研磨过程中图案凹陷的方法。

背景技术

等离子体蚀刻是集成电路制造中的关键工艺之一，其目的是完整地将掩膜图形复制到硅片表面，其范围涵盖前端CMOS栅极(Gate)大小的控制，以及后端金属铝的刻蚀及通孔(Via)和沟道(Trench)的刻蚀。在今天没有一个集成电路芯片能在缺乏等离子体刻蚀技术情况下完成。一般情况下刻蚀设备的投资在芯片厂的设备投资中约占10％～12％比重，它的工艺水平和设备条件将直接影响到最终产品质量及生产技术的先进性。

等离子蚀刻的原理可以简要概括为：在低压下，反应气体受射频功率的激发，产生电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团(Radicals)，活性反应基团和被蚀刻物质表面发生化学反应并形成挥发性的反应生成物，反应生成物脱离被蚀刻物质表面，并被真空系统抽出腔体。在等离子体蚀刻设备中，反应腔是十分重要的部件，由于等离子体蚀刻固有的工作模式，在机台运行时，其反应腔内表面同样会被等离子体损伤，尤其是气体入口附近，因等离子体的尖端放电效应，此处受损最为严重，这样产生两方面的问题，首先由于反应腔壁受损，其产生的微小粒子容易影响到反应腔中的被蚀刻物质，在其上形成缺陷，从而给后续制程以及良率带来负面影响；另一方面，反应腔在使用到一定程度后就需要根据受损程度更换以保证机台的正常功能。

鉴于目前大规模量产及高端制程需求，集成电路制造中金属蚀刻环节所用到的高能电磁场(RF)会加速缩短例如分耦式等离子体源金属蚀刻机台(DPS METAL TOOL)的重要组成部件上反应腔(Upper Chamber)的使用寿命。按照对一个大规模量产的半导体晶片厂的粗略估计，此部件每年需更换约20个。所述的上反应腔部件属于代价不菲的消耗品，频繁更换必然导致生产成本上涨。

发明内容

为了延长分耦式等离子体源金属蚀刻机台中上反应腔的使用寿命，并且减少蚀刻过程中由于反应腔受损而引起被蚀刻对象的缺陷，提出本发明。

本发明的一个目的在于，提供一种延长分耦式等离子体源金属蚀刻机台中上反应腔使用寿命的方法，通过对上反应腔中容易受等离子体损害的部分提供特殊材质的覆盖物，使上反应腔的使用寿命得到延长。

本发明的另一个目的在于，提供一种根据上述覆盖物而设计的用于延长上反应腔使用寿命的进气口覆盖环套。

如背景技术中所介绍的，对于分耦式等离子体源金属蚀刻机台来说，由于等离子体的尖端放电效应，其上反应腔的进气口处腔壁特别容易与所进入气体形成的活性反应基团反应而受到损害，而且此种损害过程产生的微粒更会进一步引起产品缺陷。

本发明据此提出解决方案，方法是在所述上反应腔容易受损的部位增加适当的聚四氟乙烯材质或者陶瓷材质的覆盖物，这种覆盖物可以有效地阻挡高能电磁场作用下对上反应腔内表面气体进口处材质的损伤，并且覆盖物本身并不会给上反应腔体内环境带来微粒。

根据以上方案，本发明提出了一种用于所述上反应腔进气口的聚四氟乙烯或者陶瓷环套，可用作上述的覆盖物。这种覆盖环套的结构包括：

中间有圆孔的环形垫片；

圆筒形突起结构，以环形垫片中间的圆孔边缘为基础向上延伸，其与环形垫片的平面垂直相接，圆筒形与环形垫片的圆孔相适应。

上述结构为一体成型，采用聚四氟乙烯为材料，整个环套的大小和分耦式等离子体源金属蚀刻机台的上反应腔进气口大小相适应。

应用的上述覆盖环套时，以其上的圆筒形突起部分插入所述上反应腔的进气口(进气口具有适合圆筒形插入的筒状空隙)，至环形垫片抵住上反应腔的内壁即可按通常的方式使用机台。

本发明的优点在于：

1、应用本发明的方案，所述上反应腔易受损的部分，即进气口附近均被覆盖环套保护，不至于过快地在使用过程中损耗至不可使用的地步，因此整个上反应腔的使用寿命将大为延长；

2、由于上反应腔壁在覆盖环套保护下不易受损，也就不容易产生可导致产品缺陷的微粒，这样对后续制程以至产品良率均有提升；

3、本发明的覆盖环套非常容易装卸，而且其材质为聚四氟乙烯，易于清洗，这对于等离子蚀刻系统也是至关重要的，因为清洁效果的好坏直接影响整个蚀刻机台的性能。

为了更容易理解本发明的目的、特征以及其优点，下面将配合附图和实施例对本发明加以详细说明。

附图说明

本申请中包括的附图是说明书的一个构成部分，附图与说明书和权利要求书一起用于说明本发明的实质内容，用于更好地理解本发明。

图1为本发明所提供的进气口覆盖环套结构示意图，其中1为整体的进气口覆盖环套，11为中间有圆孔的环形垫片，12为圆筒形突起结构；

图2a～图2c分别显示了此覆盖环套安装在进气口时的正视图、俯视图以及剖面图。

图3a为置于机台中使用后的覆盖环套示意图；

图3b为经过清洗的图3a所示覆盖环套示意图；

图4所示为一段时间之内对型号为TOOL--BEMEA02B的机台在高能电磁场开启状态时监测其上反应腔体内微粒得到的曲线图；

图5所示为一段时间之内对型号为TOOL--BEMEA02B的机台在高能电磁场闭合状态时监测其上反应腔体内微粒得到的曲线图；

图6所示为一段时间之内对型号为TOOL--BEMEA02B的机台的关键制程气体Cl₂，BCl₃进行流量监测所得到的曲线图；

图7所示为一段时间之内对型号为TOOL--BEMEA02B的机台的关键制程气体Cl₂，BCl₃进行流量监测所得到的曲线图；

图8a显示了应用本发明后实际产品的X射线扫描式电子显微镜图片；

图8b显示了应用本发明后实际产品的光刻胶保持情况图片；以及

图8c显示了应用本发明后实际产品中侧墙(Sidewall)轮廓情况。

附图标记说明

1	覆盖环套
		2	反应腔进气口部位
3	反应腔的内壁
		11	中间有圆孔的环形垫片
12	圆筒形突起结构

具体实施方式

为了更好地理解本发明的工艺，下面结合本发明的具体实施例作进一步说明，但其不限制本发明。

实施例1

用于分耦式等离子体金属蚀刻机台上反应腔进气口的覆盖环套

如图1所示，本发明的进气口覆盖环套1包括：

中间有圆孔的环形垫片11；

圆筒形突起结构12，以环形垫片11中间的圆孔边缘为基础向上延伸，其与环形垫片的平面垂直相接，圆筒形与环形垫片的圆孔相适应。

覆盖环套的结构为一体成型，采用聚四氟乙烯或者陶瓷为材料，整个环套的大小和分耦式等离子体源金属蚀刻机台的上反应腔进气口大小相适应，覆盖环套的外径为32～40mm，其环形垫片11以及圆筒形突起结构12的厚度为4～8mm。

在应用此覆盖环套于等离子体源金属蚀刻机台的上反应腔进气口部位2时，以其上的圆筒形突起部分12插入所述上反应腔的进气口中的筒状空隙内，至环形垫片11抵住上反应腔的内壁3即可按通常的方式使用机台。图2a～图2c分别显示了此覆盖环套安装在进气口时的正视图、俯视图以及剖面图。。

实施例2

此实施例中，对应用本发明后的实际效果作了各项监控和分析。

附图3a为置于机台中使用后的覆盖环套示意图，图3b为经过清洗的图3a所示覆盖环套示意图，可以看到清洗的效果良好，这种环套的材质易于清洁。

图4和图5所示分别为一段时间之内对型号为TOOL--BEMEA02B的机台在高能电磁场开/闭状态时监测其上反应腔体内微粒得到的曲线图，图中的纵坐标表示微粒数，横坐标表示测量时间，图示的各个时间的微粒数均未超过规格线所限定的数目，这表明本发明的聚四氟乙烯覆盖环套本身不会给上反应腔的腔体内带来微粒。

图6和图7所示分别为一段时间之内对型号为TOOL--BEMEA02B的机台的关键制程气体Cl₂，BCl₃进行流量监测所得到的曲线图，图中纵坐标表示气体流量，横坐标为测量时间，图示的各个时间测得的气体流量均未受影响，在规格之内，这表明本发明的聚四氟乙烯覆盖环套本身不会影响制程所需的气体流量。

图8a～8c分别显示了应用本发明后实际产品的X射线扫描式电子显微镜图片，光刻胶保持情况，以及侧墙(Sidewall)轮廓情况，结果表明金属线的关键尺寸和侧墙(Sidewall)轮廓都很正常，也即应用本发明不会对现有的制程产生任何不良影响。

Claims (4)

1.一种延长等离子蚀刻系统中反应腔使用寿命的方法，其特征在于，在使用所述反应腔前，其进气口部位以聚四氟乙烯或者陶瓷构成的覆盖物盖住腔壁，然后再使用反应腔。

2.如权利要求1所述的覆盖物，是一种覆盖环套，其特征在于包括下列结构：

中间有圆孔的环形垫片；

圆筒形突起结构，以环形垫片中间的圆孔边缘为基础向上延伸，其与环形垫片的平面垂直相接，圆筒形与环形垫片的圆孔相适应。

3.如权利要求2所述的覆盖环套，其特征在于所述覆盖环套所有结构为一体成型。

4.如权利要求2所述的覆盖环套，其特征在于所述覆盖环套采用聚四氟乙烯为材料。

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