CN102553867A

CN102553867A - 等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法

Info

Publication number: CN102553867A
Application number: CN2012100375164A
Authority: CN
Inventors: 王明军; 张晓瑞; 陈明俊
Original assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供了一种等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，在向等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室之前，在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆，通过所述晶圆保护所述下电极，由此，可在不造成下电极伤害的情况下，对反应腔室进行清洗。通常，所述反应腔室工作20小时之后，便可进行一次干法清洗，每次干法清洗耗时2小时左右，在进行了干法清洗之后，所述反应腔室可在使用180小时之后才进行一次PM，由此延长了PM周期，提高了设备利用率及产能，降低了生产成本。

Description

等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法。

背景技术

随着半导体工业中集成电路的尺寸不断的缩小，对于集成电路制造的等离子刻蚀工艺来说，片间的刻蚀的稳定性成为了一个主要的考虑因素。而等离子刻蚀设备反应腔室中的沉积的反应副产物将是对工艺的漂移(例如：刻蚀速率、刻蚀的形貌、刻蚀的选择性及刻蚀的均匀性等)产生非常重要影响的一个因素。此外，该反应副产物对于等离子刻蚀设备的性能也将造成巨大的破坏。

具体的，随着对晶圆的刻蚀会在等离子刻蚀设备反应腔室壁上形成一些反应副产物的沉积，特别的，在刻蚀介质层时产生的反应副产物会逐渐淀积在等离子刻蚀设备的上电极周围。这种沉积的反应副产物在后续的刻蚀过程中，会放出对后面晶圆刻蚀有影响的其他气体，或者通过反应消耗掉正常刻蚀所需的反应气体，这对工艺的稳定性来说是很不利的。此外，当这种沉积的反应副产物厚度达到一定程度时，因应力问题会从等离子刻蚀设备反应腔室壁及上电极周围剥落，往往会掉在晶圆或者等离子刻蚀设备的下电极上，造成产品因缺陷超标而报废或者等离子刻蚀设备报警而频繁维修保养。由此，不仅造成人力和等离子刻蚀设备产能的巨大浪费，同时，还增加了晶圆成本及等离子刻蚀设备维修保养的费用。

因此，等离子刻蚀设备供应商一直致力研究控制等离子刻蚀设备反应腔室环境的无硅片自清洗(waferless auto clean，WAC)技术，其目的就是增加等离子刻蚀设备的稳定性、提高等离子刻蚀设备的保养周期(Product Maintenance，PM)。但是，该无硅片自清洗技术无法用于将射频(Radio Frequency，RF)功率利用分相技术分别加载于上下两个电极上的等离子刻蚀设备中，例如，其无法用于LAM4520 ESC系统的等离子刻蚀设备中。

请参考图1，其为现有的将射频功率利用分相技术分别加载于上下两个电极上的等离子刻蚀设备的结构示意图。如图1所示，射频功率利用分相技术分别加载于等离子刻蚀设备的上电极及下电极，利用该上电极及下电极发射射频功率，由此可提高等离子体中离子的能量。此外，该等离子刻蚀设备利用静电卡盘(Electrostatic Chuck，ESC)(图1中未示出)对晶圆进行夹持，从而进行等离子刻蚀等工艺。

由于，采用WAC工艺将使得下电极暴露于射频功率中，从而将对该等离子刻蚀设备的下电极造成极大的伤害，因此，在现有技术中，无法使用WAC工艺清洗该等离子刻蚀设备。为此，该等离子刻蚀设备通常在使用55小时之后，就需要做一次PM，每次PM耗费将近12个小时，即该12个小时中将无法使用该等离子刻蚀设备，从而降低了设备利用率，降低了产能，进一步的，提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，以解决现有技术中，由于将射频功率利用分相技术分别加载于上下两个电极上的等离子刻蚀设备无法采用WAC技术，从而导致PM周期短，由此降低了设备利用率及产能，提高了生产成本的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，包括：

步骤1：在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；

步骤2：在所述等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，还包括：步骤3：清洗完成后，排空所述反应腔室内的残留气体并将固态微尘经大流量气体带走。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，清洗所述反应腔室的用时为6分钟～12分钟。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，所述步骤1及步骤2为清洗步骤组，重复执行多次所述清洗步骤组。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，每次清洗所述反应腔室的用时为2分钟～3分钟。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，所述清洗气体包括：氧气，所述氧气的流量为30sccm～3000sccm。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，所述清洗气体还包括：惰性气体。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，所述惰性气体为氮气、氩气及氦气中的一种或多种，所述惰性气体的流量为20sccm～1000sccm。

可选的，在所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，所述等离子刻蚀设备的上电极及下电极的射频功率分别为20W～1000W。

在本发明提供的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法中，在向等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室之前，在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆，通过所述晶圆保护所述下电极，由此，可在不造成下电极伤害的情况下，对反应腔室进行清洗。通常，所述反应腔室工作20小时之后，便可进行一次干法清洗，每次干法清洗耗时2小时左右，在进行了干法清洗之后，所述反应腔室可在使用180小时之后才进行一次PM，由此延长了PM周期，提高了设备利用率及产能，降低了生产成本。

附图说明

图1是现有的将射频功率利用分相技术分别加载于上下两个电极上的等离子刻蚀设备的结构示意图；

图2是本发明实施例一的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法的流程示意图；

图3是利用本发明实施例一的干法清洗方法处理过的反应腔室工作185小时之后的情况与现有技术中反应腔室工作46小时之后的情况的对比图；

图4是本发明实施例二的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参考图2，其为本发明实施例一的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法的流程示意图。如图2所示，所述等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法包括：

步骤S20：在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；

步骤S21：在所述等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室。

通过在向等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室之前，在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆，利用所述晶圆保护所述下电极，由此，可在不造成下电极伤害的情况下，对反应腔室进行清洗。通常，所述反应腔室工作20小时之后，便可进行一次干法清洗，每次干法清洗耗时2小时左右，在进行了干法清洗之后，所述反应腔室可在使用180小时之后才进行一次PM，由此延长了PM周期，提高了设备利用率及产能，降低了生产成本。

具体的，在现有技术中，在55小时之后，将对等离子刻蚀设备进行一次PM，每次PM花费将近12小时，即等离子刻蚀设备的利用率为55/67≈82％。而利用本发明的干法清洗方法处理过的反应腔室，约每20小时进行一个干法清洗，每次干法清洗耗时2小时，约180小时之后才进行一次PM，即180小时内将近执行8次干法清洗，由此等离子刻蚀设备的利用率约为176/192≈91％。可见，通过本发明的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法可有效提高设备利用率及产能，降低生产成本。

在本实施例中，所述清洗气体包括：氧气，所述氧气的流量为30sccm～3000sccm。在此，由于在多晶硅刻蚀的相关工艺过程中产生的反应副产物主要包括氟碳(CF)类化合物及卤硅氧化物(SiO_xCl_y)，而通过氧气与氟碳类化合物反应，释放出氟，通过氟与卤硅氧化物反应，从而最终将反应副产物去除。

进一步的，所述清洗气体还包括惰性气体，所述惰性气体可以是氮气、氩气及氦气中的一种或多种，所述惰性气体的流量为20sccm～1000sccm。在此，所述惰性气体作为载荷气体，用以承载氧气与反应副产物所形成的物质，并最终将所述物质带离所述反应腔室。

在本实施例中，所述干法清洗的工艺条件为：等离子刻蚀设备的上电极及下电极的射频功率分别为20W～1000W，即在此，射频功率利用分相技术分别加载于上下两个电极上，该上下电极分别发射相应量的射频功率；反应腔室的压力为20mt～700mt，优选的，进行干法清洗时反应腔室的压力与进行等离子刻蚀工艺时反应腔室的压力相同，从而避免了对于腔室压力的改变；清洗所述反应腔室的用时为6分钟～12分钟，以使得清洗气体与反应副产物充分反应，从而使得所述反应腔室清洗干净，特别地，使得所述等离子刻蚀设备的上电极之上的反应副产物去除。

在本实施例中，在清洗反应腔室之后，还将执行步骤S22：清洗完成后，排空所述反应腔室内的残留气体。具体的，通过等离子刻蚀设备反应腔室的抽气功能，将承载有氧气与反应副产物所形成的物质的惰性气体从所述反应腔室中抽离，从而进一步保证所述反应腔室的洁净。

通过本实施例的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，将有效提高反应腔室的洁净度，提高设备利用率及产能，降低生产成本。具体的，请参考图3，其为利用本发明实施例一的干法清洗方法处理过的反应腔室工作185小时之后的情况与现有技术中反应腔室工作46小时之后的情况的对比图。如图3所示，其中，反应腔室30指代现有技术中反应腔室工作46小时之后的情况，反应腔室31指代利用本实施例的干法清洗方法处理过的反应腔室工作185小时之后的情况。从图3中可见，现有技术中反应腔室工作46小时之后，反应腔室已沉积了非常多的反应副产物，具体表现为其内壁更暗、更黑；而利用本实施例的干法清洗方法处理过的反应腔室工作185小时之后，反应腔室仍然较为干净，具体表现为其内壁更亮。可见，通过本实施例的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，将有效提高反应腔室的洁净度，提高设备利用率及产能，降低生产成本。

实施例二

请参考图4，其为本发明实施例二的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法的流程示意图。如图4所示，在本实施例中，所述等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法包括：

步骤S40：在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；

步骤S41：在所述等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室；

步骤S42：在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；

步骤S43：在所述等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室；

步骤S44：在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；

步骤S45：在所述等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室。

即本实施例与实施例一的差别在于，以在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；及在所述等离子刻蚀设备反应腔室中通入清洗气体，清洗所述反应腔室为清洗步骤组，重复执行多次(在本实施例中为三次)所述清洗步骤组。在此，每次清洗所述反应腔室的用时为2分钟～3分钟。本实施例中的干法清洗方法能够与实施例一中的干法清洗方法达到相同的效果，本申请对此不再赘述。同时，在本实施例中未提及的工艺条件，可相应参考实施例一中的工艺条件。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，包括：

步骤1：在所述等离子刻蚀设备的下电极上放置晶圆；

2.如权利要求1所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，还包括：

步骤3：清洗完成后，排空所述反应腔室内的残留气体并将固态微尘经大流量气体带走。

3.如权利要求1所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，清洗所述反应腔室的用时为6分钟～12分钟。

4.如权利要求1所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，所述步骤1及步骤2为清洗步骤组，重复执行多次所述清洗步骤组。

5.如权利要求4所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，每次清洗所述反应腔室的用时为2分钟～3分钟。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，所述清洗气体包括：氧气，所述氧气的流量为30sccm～3000sccm。

7.如权利要求6所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，所述清洗气体还包括：惰性气体。

8.如权利要求7所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氩气及氦气中的一种或多种，所述惰性气体的流量为20sccm～1000sccm。

9.如权利要求1至5中的任一项所述的等离子刻蚀设备反应腔室的干法清洗方法，其特征在于，所述等离子刻蚀设备的上电极及下电极的射频功率分别为20W～1000W。