CN101996840A

CN101996840A - 一种等离子体处理设备、方法及腔室清洗方法

Info

Publication number: CN101996840A
Application number: CN 200910090764
Authority: CN
Inventors: 杨威风
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-10
Also published as: CN101996840B

Abstract

本发明提供一种等离子体处理设备，包括工艺腔室、上电极、下电极以及设置于工艺腔室内部并围绕腔室内壁的内衬，所述上电极连接有上电极射频电源以获得射频功率，所述下电极连接有下电极射频电源以获得射频功率，所述内衬连接有能够为其提供射频功率的内衬射频电源。本发明提供的等离子体处理设备能够引导部分等离子体对内衬进行有效轰击，从而减少甚至避免反应副产物在内衬上的沉积，进而有效提高设备工艺的稳定性和可重复性；并且，在对本发明提供的等离子体处理设备进行干法清洗时，可有效缩短清洗时间，提高产能，并降低设备损耗。此外，本发明还提供一种等离子体处理方法和一种腔室清洗方法。

Description

一种等离子体处理设备、方法及腔室清洗方法

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，具体的，涉及一种等离子体处理设备、方法及一种腔室清洗方法。

背景技术

近年来，随着用于生产大型集成电路的等离子体加工/处理技术的不断完善，集成电路的集成度得以不断提高，其关键尺寸也在不断缩小。与此同时，生产企业对加工设备的稳定性和工艺的可重复性(如连续生产的片与片之间工艺参数的重复性)提出了更高的要求。

请参阅图1，为一种进行刻蚀工艺的等离子体处理设备的原理示意图。如图所示，该设备包括：工艺腔室101，设置在工艺腔室101上部的耦合线圈102和进气装置103，设置于工艺腔室101内部的静电卡盘104和抽气装置105；射频电源106，其通过匹配器107而为耦合线圈102提供射频功率；以及，另一射频电源108，其通过另一匹配器109而为作为下电极的静电卡盘104提供射频功率。其工艺过程为：首先，借助静电卡盘104将诸如硅片等的待加工工件110吸附固定；然后，通过进气装置103将工艺气体注入工艺腔室101内；接着，射频电源106通过耦合线圈102对工艺气体加载射频功率而将工艺气体激发为等离子体111；借助该等离子体111即可实现对待加工工件110的刻蚀加工。

然而，随着上述刻蚀工艺的进行，工艺腔室的内壁上会不断沉积一些反应副产物。如果不能及时地去除这些反应副产物，将会造成工艺气体成分以及含量的变化，进一步将造成工艺参数(例如：刻蚀速率、形貌、均匀性及选择性等参数)的漂移，并最终破坏基片连续加工的工艺参数稳定性和可重复性。

为了及时去除上述反应副产物，需要对工艺腔室进行一种被称为干法清洗的腔室清洗方法。该方法主要包括以下步骤：首先，在高压高射频功率的条件下，将含氟(F)比例大于75％的清洗气体激发为等离子体并对腔室进行清洗处理，以去除硅和硅基反应副产物；然后，采用含氧(O₂)比例大于50％的清洗气体所形成的等离子体进一步进行清洗处理，以去除碳基反应副产物。

尽管上述干法清洗能够实现去除沉积在腔室内壁上的反应副产物的目的。但是，在清洗不同工艺的腔室时，为确保清洗效果，往往所设定的刻蚀时间较长，而含氟气体所形成的等离子体对工艺腔室进行长时间刻蚀会破坏腔室内壁涂层，生成一些其它的副产物，影响涂层的吸附效果，进而影响工艺稳定性；结果不但缩短设备的正常使用寿命，增加成本，还会因清洗时间过长而降低生产效率，影响设备的产能利用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理设备，其能够有效降低甚至避免工艺过程中的反应副产物在腔室内壁上的沉积，从而提高设备工艺的稳定性和可重复性。

此外，本发明还提供一种等离子体处理方法，其同样具有较高的工艺稳定性和可重复性。

另外，本发明还提供一种腔室清洗方法，其具有清洗效率高、设备损耗低的优点。

为此，本发明提供一种等离子体处理设备，包括工艺腔室、上电极、下电极以及设置于工艺腔室内部并围绕腔室内壁的内衬，所述上电极连接有上电极射频电源以获得射频功率，所述下电极连接有下电极射频电源以获得射频功率，其中，所述内衬连接有能够为其提供射频功率的内衬射频电源。

其中，所述内衬射频电源的功率为1W～50W，优选地，所述内衬射频电源的功率为3W～15W。

其中，所述内衬射频电源的频率为25KHz～100MHz，优选地，所述内衬射频电源的频率为1MHz～27MHz。

其中，所述内衬射频电源包括设置在所述内衬和地之间的一个独立的射频电源；在所述内衬和内衬射频电源之间还设置有内衬匹配器。

其中，所述内衬射频电源包括所述上电极射频电源，在所述上电极射频电源和所述上电极之间设置上电极功率分配器，并将所述上电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述上电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬；在所述上电极射频电源和上电极功率分配器之间设置有上电极匹配器。

其中，所述内衬射频电源包括所述下电极射频电源，在所述下电极射频电源和所述下电极之间设置下电极功率分配器，并将所述下电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述下电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬；在所述下电极射频电源和下电极功率分配器之间设置有下电极匹配器。

此外，本发明还提供一种等离子体处理方法，用以在等离子体加工/处理过程中减少反应副产物在工艺腔室内衬上的沉积，所述方法包括下述步骤：10)为所述内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源；20)借助于上电极射频电源和/或下电极射频电源所加载的射频功率，而将注入腔室的工艺气体激发为等离子体；30)借助于工艺气体所形成的等离子体对待加工工件进行等离子体加工/处理；同时，通过内衬射频电源对所述内衬加载射频功率而引导所述等离子体对内衬进行适当轰击，以去除在工艺腔室内衬上所沉积的反应副产物。

其中，所述内衬射频电源的功率为1W～50W；优选地，所述内衬射频电源的功率为3W～15W。

其中，所述内衬射频电源可以包括设置在所述内衬和地之间的一个独立的射频电源。

其中，所述内衬射频电源可以包括所述上电极射频电源，在所述上电极射频电源和上电极之间设置上电极功率分配器，并将所述上电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述上电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬。

其中，所述内衬射频电源可以包括所述下电极射频电源，在所述下电极射频电源和下电极之间设置下电极功率分配器，并将所述下电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述下电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬。

另外，本发明还提供一种腔室清洗方法，用以快速去除沉积在工艺腔室内衬上的反应副产物，所述方法包括下述步骤：100)为所述内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源；200)借助于上电极射频电源和/或下电极射频电源所加载的射频功率，而将注入腔室的清洗气体激发为等离子体；300)借助于清洗气体所形成的等离子体对工艺腔室进行清洗处理；同时，通过内衬射频电源对所述内衬加载射频功率而引导所述等离子体对内衬进行适当轰击，以去除在工艺腔室内衬上所沉积的反应副产物。

本发明具有下述有益效果：

本发明所提供的等离子体处理设备，在工艺腔室内设置有围绕腔室内壁的内衬，该内衬连接有能够为其提供射频功率的内衬射频电源。在使用该等离子体处理设备进行等离子体加工/处理工艺时，内衬射频电源向内衬加载一定的射频功率，以使其带有适当的射频偏压，从而能够引导腔室内的等离子体对沉积在腔室内衬上的反应副产物进行适当的轰击。因此，本发明所提供的等离子体处理设备能够有效减少甚至避免反应副产物在腔室内的大量沉积，以去除在工艺腔室内衬上所沉积的反应副产物。因而降低上述反应副产物所造成的工艺参数漂移，最终有效提高设备工艺参数的稳定性和片与片之间的可重复性。

并且，当采用干法清洗而对本发明提供的等离子体处理设备的工艺腔室进行清洗处理时，内衬射频电源同样可对内衬加载适当的射频功率而使其带有一定射频偏压，从而引导清洗气体所形成的等离子体对沉积在内衬上的反应副产物进行有效轰击，以去除在工艺腔室内衬上所沉积的反应副产物。因此，对本发明所提供的等离子体处理设备进行干法清洗时，能够在较短的时间内获得很好的清洗效果，不但提高清洗效率，而且能够有效避免因清洗时间过长所造成的设备损耗，延长设备使用寿命。

此外，本发明所提供的等离子体处理方法，为腔室内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源。在进行等离子体加工/处理工艺时，通过内衬射频电源对内衬加载射频功率而使内衬带有一定射频偏压，能够引导部分等离子体对内衬进行适当轰击，从而有效减少甚至避免工艺过程中反应副产物在腔室内的大量沉积。因此，本发明所提供的等离子体处理方法具有较高的工艺参数的稳定性和可重复性。

另外，本发明所提供的腔室清洗方法，为腔室内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源。在对工艺腔室进行清洗处理的同时，通过内衬射频电源而使内衬带有一定射频偏压，能够引导清洗气体所形成的等离子体对沉积在内衬上的反应副产物进行有效轰击。因此，本发明所提供的腔室清洗方法具有清洗效率高、设备损耗低的优点。

附图说明

图1为一种常见的等离子体处理设备的刻蚀工艺原理示意图；

图2为本发明提供的等离子体处理设备第一种具体实施方式的原理示意图；

图3为本发明提供的等离子体处理设备第二种具体实施方式的原理示意图；以及

图4为本发明提供的等离子体处理设备第三种具体实施方式的原理示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的等离子体处理设备、等离子体处理方法及腔室清洗方法进行详细描述。

请参阅图2，为本发明提供的等离子体处理设备第一种具体实施方式的原理示意图。该等离子体处理设备包括：工艺腔室101，上电极102、下电极104、进气装置103、抽气装置105以及设置于工艺腔室101内部并围绕腔室内壁的内衬112。上电极102设置于工艺腔室101上部并且连接有上电极射频电源106以获得射频功率；下电极104设置于工艺腔室101下部并且连接有下电极射频电源108以获得射频功率；并且，内衬112连接有能够为其提供射频功率的内衬射频电源，在本实施方式中，内衬射频电源为设置在内衬112和地之间的一个独立的射频电源113。

另外，为了更好的对上电极102和上电极射频电源106之间的阻抗进行匹配，在上电极102和上电极射频电源106之间设置有上电极匹配器107；同理，在下电极104和下电极射频电源108之间设置有下电极匹配器109；同样，为了匹配内衬112和上述作为内衬射频电源的独立的射频电源113之间的阻抗，在内衬112和射频电源113之间设置一个内衬匹配器114。当然，如果内衬射频电源113能够很好地与内衬112进行阻抗匹配，也可以不必设置上述内衬匹配器114；同理，上述上电极匹配器107和下电极匹配器109也可以进行选择性的设置。

本实施方式中，上电极102为耦合线圈，用以将工艺气体激发为等离子体状态；下电极104为静电卡盘，其在工艺进行过程中可对待加工工件110(例如，硅片)起到吸附固定的作用；进气装置103用于向工艺腔室101内部注入工艺气体；抽气装置105可以采用真空泵等，用于将在工艺过程中产生的反应气体和/或反应副产物抽出工艺腔室101，从而保证腔室内部的洁净度和真空度；内衬112围绕并覆盖在腔室内壁上，可避免反应副产物直接沉积在腔室内壁上，同时在工艺过程中壁免腔室内壁受到等离子体的直接轰击。

本发明提供的等离子体处理设备用于等离子体加工/处理工艺的工作过程，同目前常用的等离子体处理设备基本相同，其不同之处在于：当通过上电极射频电源107和/或下电极射频电源109对工艺腔室101加载射频功率，并借助工艺气体所形成的等离子体111对待加工工件110进行等离子体加工/处理的同时；内衬射频电源113对内衬112加载射频功率，使内衬112带有一定的射频偏压。这样，就能够引导部分等离子体111对即将和/或已经沉积在内衬112上的反应副产物进行适当的轰击，从而降低甚至避免反应副产物在内衬112表面的沉积作用。这里，可以将内衬射频电源113的功率选择在1W～50W之间，优选的射频功率为3W～15W；内衬射频电源113的频率范围在25KHz～100MHz之间，优选的射频频率为1MHz～27MHz。

类似地，在对本发明提供的等离子体处理设备的工艺腔室101进行干法清洗的过程中，内衬射频电源113同样对所述内衬112加载射频功率，使内衬112带有一定的射频偏压。这样，能够引导清洗气体所形成的等离子体对沉积在内衬112上的反应副产物进行有效轰击，从而缩短干法清洗的时间，提高清洗效率。其中，对于内衬射频电源的功率和频率选择都与上述工艺过程相类似，不再赘述。

需要指出的是，本实施方式中所采用的内衬射频电源为一个独立的射频电源113，但其并不局限于此，具体方案请参阅下面图3和图4所示的实施例。

如图3所示，本发明提供的等离子体处理设备第二种具体实施方式中，采用上电极射频电源106作为内衬射频电源使用，即：在上电极射频电源106和上电极102之间设置一个上电极功率分配器115，并将内衬112与该上电极功率分配器115相连接，从而将上电极射频电源106的部分射频功率提供给内衬112。本实施例中，上电极匹配器107设置于上电极射频电源106和上电极功率分配器115之间，这样，上电极匹配器107可同时对上电极102和内衬112到上电极射频电源106的阻抗进行相应匹配。

至于经由上电极功率分配器115而加载到内衬112上的射频功率及频率均与上述图2所示的实施方式类似，并且除内衬射频电源外的其他组件的结构、参数及工作原理也均与图2所示实施方式类似，在此不再赘述。

本实施方式的优点在于，增设上电极功率分配器115而取代独立的射频电源113和内衬匹配器114，因此，相对于图2所示的第一种实施方式而言，在保证设备功能和稳定的基础上，能够进一步降低总的设备成本。

需要指出的是，本实施方式中的上电极匹配器107，并不局限于设置在上电极射频电源106和上电极功率分配器115之间；其也可以设置在上电极功率分配器115与上电极102之间，同时，在上电极功率分配器115与内衬112之间再设置一个专门对内衬112进行匹配的内衬匹配器。

下面请参阅图4，本发明所提供的等离子体处理设备的第三种具体实施方式，与图3所示实施方式类似。本实施方式中，采用下电极射频电源108作为内衬射频电源使用，即：在下电极射频电源108和下电极104之间设置下电极功率分配器116，并将下电极功率分配器116与内衬112相连接，从而将下电极射频电源108的部分射频功率提供给内衬112。本实施例中，下电极匹配器109设置于下电极射频电源108和下电极功率分配器116之间，这样，下电极匹配器109可同时对下电极104和内衬112到下电极射频电源108的阻抗进行相应匹配；其不局限于此，也可以将下电极匹配器109设置在下电极功率分配器116与下电极104之间，同时，在下电极功率分配器116与内衬112之间再设置一个专门对内衬112进行匹配的内衬匹配器。

至于经由下电极功率分配器115而加载到内衬112上的射频功率及频率均与上述图2或图3所示的实施方式类似，并且除内衬射频电源外的其他组件的结构、参数及工作原理也均与图2或图3所示实施方式类似，在此不再赘述。

综上所述，本发明所提供的等离子体处理设备，在其内衬上连接有能为其提供一定射频功率的内衬射频电源，从而使内衬带有适当的射频偏压。因此，在等离子体加工/处理工艺的过程中，可引导部分等离子体对沉积在腔室内衬上的反应副产物进行适当的轰击，从而减少或去除内衬上的反应副产物，进而提高设备工艺的稳定性和可重复性。并且，在对本发明提供的等离子体处理设备的工艺腔室进行干法清洗时，同样能够引导清洗气体所形成的等离子体对沉积在内衬上的反应副产物进行有效轰击，从而缩短干法清洗的时间，提高清洗效率；由于清洗时间缩短进而可有效地降低清洗过程所造成的设备损耗，延长设备使用寿命。

此外，本发明还提供一种等离子体处理方法，用以减少等离子体加工/处理过程中沉积在工艺腔室内衬上的反应副产物，其包括下述步骤：10)为所述内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源；20)通过上电极射频电源和/或下电极射频电源对工艺腔室加载射频功率，以将注入腔室的工艺气体激发为等离子体；30)借助工艺气体所形成的等离子体对待加工工件进行等离子体加工/处理；同时，通过内衬射频电源对内衬加载射频功率，以引导等离子体对内衬进行适当轰击。

与上述本发明提供的等离子体处理设备类似，可以将内衬射频电源的功率选择在1W～50W之间，优选的射频功率为3W～15W；内衬射频电源的频率范围在25KHz～100MHz之间，优选的射频频率为1MHz～27MHz。

在实际应用中，内衬射频电源可以是设置在内衬和地之间的一个独立的射频电源；也可以是上电极射频电源，即：通过在上电极射频电源和上电极之间设置上电极功率分配器，并将上电极功率分配器与内衬相连接，从而将上电极射频电源的部分射频功率提供给内衬；当然，还可以是下电极射频电源，即：通过在下电极射频电源和下电极之间设置下电极功率分配器，并将下电极功率分配器与内衬相连接，从而将下电极射频电源的部分射频功率提供给内衬。

至于针对不同的内衬射频电源而设置内衬匹配器的情况同上述本发明提供的等离子体处理设备类似，在此不再赘述。

由此可见，本发明所提供的等离子体处理方法能够有效减少甚至避免反应副产物在腔室内的沉积，从而具有较高的工艺参数稳定性和可重复性。

另外，本发明还提供一种腔室清洗方法，用以快速去除沉积在工艺腔室内衬上的反应副产物，其包括下述步骤：100)为所述内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源；200)通过上电极射频电源和/或下电极射频电源对工艺腔室加载射频功率，以将注入腔室的清洗气体激发为等离子体；300)借助清洗气体所形成的等离子体对工艺腔室进行清洗处理；同时，通过内衬射频电源对所述内衬加载射频功率，以引导等离子体对内衬进行适当轰击。

需要指出的是，本发明提供的腔室清洗方法中的所述内衬射频电源的设置方法、功率和频率参数以及内衬匹配器的设置方法等都与上述等离子体处理设备及处理方法相类似，因此不再赘述。

由上述描述可知，本发明提供的腔室清洗方法能够快速去除沉积在工艺腔室内的反应副产物，因此具有清洗效率高、设备损耗低的优点。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种等离子体处理设备，包括工艺腔室、上电极、下电极以及设置于工艺腔室内部并围绕腔室内壁的内衬，所述上电极连接有上电极射频电源以获得射频功率，所述下电极连接有下电极射频电源以获得射频功率，其特征在于，所述内衬连接有能够为其提供射频功率的内衬射频电源。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源的功率为1W～50W。

3.根据权利要求2所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源的功率为3W～15W。

4.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源的频率为25KHz～100MHz。

5.根据权利要求4所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源的频率为1MHz～27MHz。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源包括设置在所述内衬和地之间的一个独立的射频电源。

7.根据权利要求6所述的等离子体处理设备，其特征在于，在所述内衬和所述内衬射频电源之间还设置有内衬匹配器。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源包括所述上电极射频电源，在所述上电极射频电源和所述上电极之间设置上电极功率分配器，并将所述上电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述上电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬。

9.根据权利要求8所述的等离子体处理设备，其特征在于，在所述上电极射频电源和上电极功率分配器之间设置有上电极匹配器。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述内衬射频电源包括所述下电极射频电源，在所述下电极射频电源和所述下电极之间设置下电极功率分配器，并将所述下电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述下电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬。

11.根据权利要求10所述的等离子体处理设备，其特征在于，在所述下电极射频电源和下电极功率分配器之间设置有下电极匹配器。

12.一种等离子体处理方法，用以在等离子体加工/处理过程中减少反应副产物在工艺腔室内衬上的沉积，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

10)为所述内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源；

20)借助于上电极射频电源和/或下电极射频电源所加载的射频功率，而将注入腔室的工艺气体激发为等离子体；

30)借助于工艺气体所形成的等离子体对待加工工件进行等离子体加工/处理；同时，通过内衬射频电源对所述内衬加载射频功率而引导所述等离子体对内衬进行适当轰击，以去除在工艺腔室内衬上所沉积的反应副产物。

13.根据权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述内衬射频电源的功率为1W～50W。

14.根据权利要求13所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述内衬射频电源的功率为3W～15W。

15.根据权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述内衬射频电源包括设置在所述内衬和地之间的一个独立的射频电源。

16.根据权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述内衬射频电源包括所述上电极射频电源，在所述上电极射频电源和上电极之间设置上电极功率分配器，并将所述上电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述上电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬。

17.根据权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述内衬射频电源包括所述下电极射频电源，在所述下电极射频电源和下电极之间设置下电极功率分配器，并将所述下电极功率分配器与所述内衬相连接，以将所述下电极射频电源的部分射频功率提供给所述内衬。

18.一种腔室清洗方法，用以快速去除沉积在工艺腔室内衬上的反应副产物，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

100)为所述内衬设置能够为其提供射频功率的内衬射频电源；

200)借助于上电极射频电源和/或下电极射频电源所加载的射频功率，而将注入腔室的清洗气体激发为等离子体；

300)借助于清洗气体所形成的等离子体对工艺腔室进行清洗处理；同时，通过内衬射频电源对所述内衬加载射频功率而引导所述等离子体对内衬进行适当轰击，以去除在工艺腔室内衬上所沉积的反应副产物。