CN102347207A - 用于等离子体工艺的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于等离子体工艺的系统，该系统包括大气传送腔、真空传送腔和等离子体反应腔，该真空传送腔连接在该等离子体反应腔和该大气传送腔之间，该系统还包括至少一个抽气装置，该抽气装置的一端连接在该大气传送腔上，该抽气装置用于从大气传送腔向系统的外部进行抽气。本发明能够改善等离子体工艺中的颗粒状况，提高良品率。

Description

用于等离子体工艺的系统

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺系统，尤其涉及一种用于等离子体工艺中的系统。

背景技术

半导体工艺中的等离子体刻蚀是集成电路制造中的关键工艺之一，被广泛应用在微处理器(CPU)、存储器和各种逻辑电路的制造中。其目的是完整的将掩模图形复制到半导体晶圆表面。等离子体刻蚀具有选择性好、对衬底的损伤较小、各向异性好等特点。晶圆的等离子体刻蚀的原理是：在低压下，工艺气体在射频功率的激发下，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，刻蚀腔中的工艺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；活性反应基团和被刻蚀晶圆表面形成化学反应并形成反应生成物；反应生成物脱离被刻蚀表面，并被真空系统抽出等离子体反应腔。

等离子体刻蚀系统总体上可以分为传输模块和工艺模块等。传输模块由装卸台、机械手、晶圆中心检测器等主要部件组成，其功能是完成晶圆从晶圆盒到工艺模块的传输。装卸台用于装载晶圆盒，机械手负责晶圆的传入和传出。在传送过程中，中心检测器会自动检测晶圆中心在机械手上的位置，进而补偿机械手伸展和旋转的步数以保证晶圆被放置在工艺模块静电卡盘的中心。工艺模块是整个系统的核心，刻蚀工艺就在工艺模块中完成。一个机台可以带多个工艺模块，比如2-4个。工艺模块包括等离子体反应腔、真空及压力控制系统、射频(RF)系统、静电卡盘和晶圆温度控制系统、气体流量控制系统以及刻蚀终点检测系统等。在上述系统中，将晶圆从晶圆盒传送到等离子体反应腔的过程中，需要先经过大气传送腔，然后进入真空传送腔，最后从真空传送腔传入到工艺模块中的等离子体反应腔中进行等离子体刻蚀。其中大气传送腔和真空传送腔之间、真空传送腔和等离子体反应腔之间设置有真空锁，以保持真空环境。

在等离子体刻蚀工艺中，刻蚀过程会产生非挥发性副产物沉积于等离子体反应腔内壁表面。随着刻蚀工艺进行，等离子体反应腔内壁沉积物不断堆积，使得工艺过程中的等离子体反应腔环境不断变化，这种变化影响到刻蚀速率及其均匀性等工艺参数，造成刻蚀工艺参数的漂移。另外，沉积物附着在腔室表面后会产生开裂的现象，从而会在等离子体反应腔内产生大量的颗粒使得半导体晶圆的良品率显著降低。另一方面，在进行刻蚀时用的化学气体通常是氯基、溴基等气体，在刻蚀过程中，这些气体很容易和环境中的水分子发生反应而产生凝聚，从而形成粉尘。

因此如何改善刻蚀过程中的颗粒/粉尘状况是提高刻蚀工艺的一个重要方面。目前，传统的解决颗粒状况的方法有以下几种。

一种是在刻蚀工艺前对等离子体反应腔进行清洗。例如干法清洗，即在等离子体反应腔中没有晶圆的情况下，通入清洗用反应气体，在不开启下电极的同时开始上电极形成等离子体，这种等离子体同腔室表面的沉积物发生各向同性刻蚀，生成易挥发性物质，通过真空系统抽出腔室，从而达到去除腔室表面沉积物的作用。但使用现有技术中的清洗方法清洗完等离子体反应腔后，腔室内仍存在一定数量的颗粒，不能对等离子体反应腔中的颗粒进行彻底清除。

另外一种方法是在晶圆进行放电沉积之前，对等离子体反应腔的内壁进行一层保护膜预沉积。即先对等离子体反应腔进行等离子体放电清洗，再对等离子体反应腔进行预热，最后在等离子体反应腔内壁沉积一层保护膜。

上述两种方法，虽然能减少等离子体反应腔中颗粒的存在，但是在实践中仍然有颗粒污柒晶圆和机台的各个腔。另外，上述解决方法实施起来比较复杂，且有一定的成本。

因此，需要一种新的用于等离子体工艺的系统，能够改善等离子体工艺中的颗粒状况，提高良品率。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了改善等离子体工艺中的颗粒状况，提高良品率，本发明提供一种用于等离子体工艺的系统，该系统包括大气传送腔、真空传送腔和等离子体反应腔，该真空传送腔连接在该等离子体反应腔和该大气传送腔之间，该系统还包括抽气装置，该抽气装置的一端连接在该大气传送腔上，该抽气装置用于从该大气传送腔向所述系统的外部进行抽气。

进一步地，该抽气装置包括抽气管和抽气泵，该抽气管连接在该大气传送腔和该抽气泵之间。

该抽气管由不锈钢材料制成，其内部涂覆有抗腐蚀涂层。或者该抽气管由PVDF材料制成。

较佳地，该抽气装置的另一端连接在工厂主排气系统上。该抽气装置持续对该大气传送腔进行抽气。较佳地，该抽气装置还包括用于过滤杂质的过滤装置。该过滤装置选自平板式过滤器、折迭式过滤器、袋式过滤器、有隔板折叠形过滤器、无隔板折叠形过滤器

根据本发明的用于等离子体工艺的系统，可以有效地改善等离子体工艺中的颗粒状况，提高良品率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1示出了根据本发明一个实施方式的用于等离子体工艺的系统的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

现有技术中仅仅针对等离子体反应腔的清洗和清洁做了改进，而没有意识到现有技术中的问题还与真空传送腔和大气传送腔有关。具体来说，存在于等离子体反应腔中的粉尘，在晶圆进行传送的同时也会扩散到上述的真空传送腔和大气传送腔中。另外一方面，真空传送腔和大气传送腔本身也是产生颗粒和粉尘的一个来源。比如机械振动和摩擦产生的颗粒，或者来自周围环境的颗粒等。这些颗粒/粉尘不仅会污染等离子体刻蚀机台，而且还会污染未刻蚀晶圆，造成良率下降。本申请的发明人意识到了上述问题，并就该问题的解决提出了下述的技术方案。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何利用抽气装置以便解决颗粒污染晶圆的问题。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

图1示出了根据本发明一个实施方式的用于等离子体工艺的系统100的示意图。系统100包括一个或多个等离子体反应腔101、真空传送腔102、大气传送腔103。其中晶圆在等离子体反应腔101中进行等离子体工艺处理。真空传送腔102连接在等离子体反应腔101和大气传送腔103之间。本领域的技术人员可以理解的是，在大气传送腔103和真空传送腔102，以及真空传送腔102和等离子体反应腔101之间还设置有真空锁(未示出)，以保持真空传送腔102和等离子体反应腔101的真空状态。真空传送腔102提供一个真空环境，以利于机器手臂在等离子体反应腔101与大气传送腔103之间传送晶圆。这种传送过程比如可以为：首先通过机械手臂将晶圆从大气传送腔103送入真空传送腔102，然后关闭大气传送腔103和真空传送腔102之间的真空锁，并对真空传送腔102进行抽真空，当真空度达到一定程度后，打开真空传送腔102和等离子体反应腔101之间的真空锁，并利用机械手臂将晶圆从真空传送腔102送入等离子体反应腔101，然后关闭真空传送腔102和等离子体反应腔101之间的真空锁。大气传送腔103可以与外部环境连通，具有正常气压水平。当然也可以具有比正常气压水平低的气压，但是大气传送腔103的气压水平要高于真空传送腔102的气压。

该系统100还包括抽气装置104(图1中虚线表示)。抽气装置104的一端连接在大气传送腔103上，用以将系统100中的水或其他杂质抽出系统100。在一个例子中，抽气装置104可以包括抽气管105和抽气泵(未示出)。抽气管105的一端连接在大气传送腔103上，并且与抽气泵连接。抽气泵用以通过抽气管105抽取大气传送腔103中的杂质。另外，抽气泵可以实现为单独的泵。可替换地，该抽气泵也可以是晶圆制造工厂的主排气系统106。也就是说，抽气装置104或者抽气装置104的抽气管105直接与工厂的主排气系统106连接，利用主排气系统106中的负压来对大气传送腔103进行抽气。也就是说，抽气装置104用于从大气传送腔103向系统100的外部进行抽气。这样，可以将大气传送腔103及与其连接的真空传送腔102和等离子体反应腔101中的颗粒和粉尘抽出，避免了颗粒的污染。

除了上面描述的外，系统100可以包括多个抽气装置104。或者每个抽气装置104可以包括一个或多个抽气管。这样可以选一步增强对系统100进行抽气的效率，以进一步改善颗粒状况。

抽气装置104可以在晶圆进行等离子体刻蚀期间一直处于开启状态，也就是说抽气装置104持续地进行抽气。作为另一种选择，抽气装置104可以具有不同的开启时机。比如，抽气装置104可以只在晶圆的传送期间开启。或者在其他选择的时机开启。

抽气管105可以采用不锈钢材料。同时为了增强抽气管105的抗腐蚀能力，可以在抽气管105的内壁上添加抗腐蚀涂层。比如特氟隆涂层。在另一个例子中，抽气管105本身由抗腐蚀的材料组成，例如采用聚偏氟乙烯(PVDF)材料。PVDF是一种半透明、高强度、耐腐蚀的材料，因此能较好地满足本发明的需求。抽气管105的尺寸也可以根据需要选择。例如，一种可选尺寸是4英寸。

再者，当排气管105有多个排气管组合而成时，不同的排气管之间可以采用法兰连接。作为另一种选择，多个管道之间的连接也可以采用套管和焊接的形式，这样可以达到完全的气密封，能避免气体的泄露。尤其当管道采用PVDF的时候，采用套管和焊接的连接形式，不仅安装方便，更能避免气体的泄露。

进一步地，为了防止抽气装置中沉积较多的杂质，可以在抽气管105中设置过滤装置，以过滤通过抽气管105的粉尘和其他杂质。这样可以避免在排气管105的内壁上沉积杂质。在对排气管105进行维护和清洗时，只需要对过滤装置进行清洗即可，而不需要对整个抽气管105进行全面的维护。过滤装置可以选择合适的任何种类的过滤器，比如从结构形式上来说，可以选择平板式过滤器、折迭式过滤器、袋式过滤器、有隔板折叠形过滤器、无隔板折叠形过滤器等；从过滤效率上可以采用各种效率的过滤器，优选为过滤效率高的过滤装置。

根据本发明的实施方式的系统，能够改善等离子体工艺中的颗粒状况，提高良品率。由于本发明的实施方式中的抽气装置，不仅能减少产生自等离子体反应腔的颗粒的污染，而且也能改善了来自等离子体反应腔之外的颗粒的污染。经实践表明，由颗粒或粉尘引起的刻蚀缺陷被显著降低，提高了大约0.8％的良品率。另外，由于颗粒或粉尘数量的降低，机台的清洗频率也降低，提高了大约0.6％的机台运行时间。再者，由于降低了颗粒的污染，因此提高了零件的寿命，降低了成本。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种用于等离子体工艺的系统，所述系统包括大气传送腔、真空传送腔和等离子体反应腔，所述真空传送腔连接在所述等离子体反应腔和所述大气传送腔之间，其特征在于，所述系统还包括至少一个抽气装置，所述抽气装置的一端连接在所述大气传送腔上，所述抽气装置用于从所述大气传送腔向所述系统的外部进行抽气。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气装置包括抽气管和抽气泵，所述抽气管连接在所述大气传送腔和所述抽气泵之间。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述抽气管由不锈钢材料制成。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述抽气管由PVDF材料制成。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述抽气管的内部涂覆有抗腐蚀涂层。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述抗腐蚀涂层为特氟隆涂层。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气装置的另一端连接在工厂主排气系统上。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气装置持续对所述大气传送腔进行抽气。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气装置还包括用于过滤杂质的过滤装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述过滤装置选自平板式过滤器、折迭式过滤器、袋式过滤器、有隔板折叠形过滤器、无隔板折叠形过滤器。