CN102789960A - 用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法 - Google Patents

用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法。所述等离子体设备的腔室内设置有静电卡盘。所述方法包括：向所述腔室中通入清洗气体；向静电卡盘通入保护性气体，以在所述静电卡盘的表面上形成保护性气体层；激发所述清洗气体形成等离子体，以利用所述等离子体对所述腔室的内壁进行清洗。本发明可以在静电卡盘的表面形成保护性气体层，从而降低清洗气体中的腐蚀性气体对静电卡盘表面的腐蚀性损伤，达到延长静电卡盘的使用寿命的目的。

Description

用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别设计一种用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法。
背景技术
在集成电路制造过程中，需要在晶片上做出微细尺寸的图形(pattern)。例如可以通过刻蚀(Etch)技术在晶片上产生这些图形。刻蚀技术能够将光刻产生的图形准确无误地印制到光阻底下的材质上，实现图形转移。
以等离子体刻蚀为代表的干法刻蚀结合了化学和物理刻蚀的优点，可获得各向异性的轮廓、合理的选择比及较少的缺陷的刻蚀结果，因而被广泛应用于半导体领域。
在等离子体刻蚀工艺中，晶片位于静电卡盘上(Electro Static Chuck，ESC)静电卡盘用于在反应室内固定晶片(Wafer)，并为晶片提供直流偏压并且控制晶片表面的温度。
有片工艺刻蚀过程中，刻蚀的副产物大部分都将被真空系统抽走，但部分副产物不可避免地将在腔室内壁及介质窗上沉积，并随着刻蚀片数增多而累积，从而影响腔室的刻蚀环境的一致性。
为了保持工艺结果的稳定性，减少由于腔室环境导致片间的加工差异，需要在片间增加无硅片等离子清洗工艺。在无片工艺过程中，静电卡盘介质上无硅片，静电卡盘中气路关闭。根据刻蚀硅片工艺特点，一般从腔室工艺气路通入含卤素的气体或O2以便去除硅片加工过程中在腔室壁上沉积的刻蚀副产物。含卤素的气体一般去除硅基或者金属基副产物，O2去除碳基副产物。
但是，在无片等离子清洗工艺过程中，清洗气体会对静电卡盘表面造成等离子损伤，影响静电卡盘的使用寿命。因为在硅片刻蚀过程中，静电卡盘介质表面处于硅片背面，表面污染相对腔室壁表面受刻蚀副产物的污染并不严重(腔室壁始终暴露在等离子体中)，所以无片等离子清洗过程中：腔室壁及介质窗在接受等离子刻蚀清洗的同时，静电卡盘表面却在遭受腐蚀性的卤族气体的损伤。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法，该清洗方法可以极大地降低在无片等离子清洗过程中、腐蚀性的清洗气体对静电卡盘表面的腐蚀性损伤。
本发明实施例提供了一种用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法，所述等离子体设备的腔室内设置有静电卡盘，所述方法包括：向所述腔室中通入清洗气体；向静电卡盘通入保护性气体，以在所述静电卡盘的表面上形成保护性气体层；激发所述清洗气体形成等离子体，以利用所述等离子体对所述腔室的内壁进行清洗。
根据本发明实施例的用于等离子体设备腔室的等离子体清洗方法，在无片等离子清洗过程中、通过向静电卡盘中通入保护性气体以在静电卡盘的表面形成保护性气体层，从而降低清洗气体中的腐蚀性气体对静电卡盘表面的腐蚀性损伤，达到延长静电卡盘的使用寿命的目的。
在本发明的一个实施例中，所述静电卡盘的介质层上密集分布有用于所述保护性气体导通的通气孔。由此，通过所述多个通气孔，从而可以顺利地向静电卡盘中通入保护性气体。
在本发明的一个实施例中，所述清洗气体为含有卤素的气体或者氧气。
由此，通过通入含卤素的气体或氧气去除硅片加工过程中在腔室壁上沉积的刻蚀副产物。
在本发明的一个实施例中，所述保护性气体为惰性气体。
在本发明的一个实施例中，所述保护性气体为氦气、氦气与氧气的混合气体或者氦气与氮气的混合气体。
在本发明的一个实施例中，所述氦气与氧气或者所述氦气与氮气的气体比例为0.1-10。
在本发明的一个实施例中，通入的所述保护性气体的总流量为50-200sccm。
在本发明的一个实施例中，所述介质层为三氧化二铝或者氮化铝。
在本发明的一个实施例中，所述多个通气孔为以所述介质层的中心为圆心的多圈圆周分布孔。
在本发明的一个实施例中，所述多个通气孔为形成在所述介质层上的均匀分布孔。
在本发明的一个实施例中，所述多个通气孔在所述介质层上呈蜂窝状分布。
在本发明的一个实施例中，所述多个通气孔在所述介质层上呈点阵分布。
在本发明的一个实施例中，所述多个通气孔的孔径为0.2-2mm。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明的一个实施例的向静电卡盘中通入保护性气体的示意图；
图2为根据本发明的另一个实施例的向静电卡盘中通入保护性气体的示意图；以及
图3为静电卡盘表面的通气孔的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法，所述等离子体设备的腔室内设置有静电卡盘。所述方法可以包括：向所述腔室中通入清洗气体；向静电卡盘通入保护性气体，以在所述静电卡盘的表面上形成保护性气体层；激发所述清洗气体形成等离子体，以利用所述等离子体对所述腔室的内壁进行清洗。
根据本发明实施例的用于等离子体设备腔室的等离子体清洗方法，在无片等离子清洗过程中、通过向静电卡盘中通入保护性气体以在静电卡盘的表面形成保护性气体层，从而降低清洗气体中的腐蚀性气体对静电卡盘表面的腐蚀性损伤，达到延长静电卡盘的使用寿命的目的。
需要说明的是，在上述的方法中，其中的各步骤没有先后之分，且其中各步骤的顺序不能理解为实施上述步骤的时间、空间等顺序的限制。例如，在本发明中，向所述腔室中通入清洗气体和向静电卡盘通入保护性气体没有先后的时间要求。
根据本发明的一个实施例，所述静电卡盘的介质层上密集分布有用于所述保护性气体导通的通气孔。由此，通过所述多个通气孔，从而可以顺利地向静电卡盘中通入保护性气体。
下面参考图1和图2来详细描述根据本发明实施例的用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法。
在等离子体设备腔室内设置有用于固定晶片的静电卡盘1000。下面将对静电卡盘1000的结构进行说明。如图1所示，静电卡盘1000包括基座100和介质层200。在本发明的一个示例中，介质层200可以采用陶瓷材料制成，例如三氧化二铝(Al2O3)或者氮化铝(AlN)。
在基座100内设有多个气体分布沟道110，在介质层200上设有多个通气孔210，其中多个通气孔210分别与多个气体分布沟道相连通。
图2显示了静电卡盘1000的详细结构。如图2中所示，静电卡盘1000包括基座100、隔热层400、加热器300和介质层200，如图2所示。隔热层400位于基座100之上，加热器300位于隔热层400之上，介质层200位于加热器300之上。在基座100内设有多个气体分布沟道110，在介质层200上设有多个通气孔210，其中多个通气孔210分别与多个气体分布沟道110相连通。
在本发明的一个示例中，多个通气孔210为以介质层200的中心为圆心的多圈圆周分布孔，如图3所示。多个通气孔210例如可以为圆孔或方孔。可以理解的是，多个通气孔的分布不限于此，还可以为形成在介质层200上的均匀分布孔。其中，多个通气孔210在介质层200上可以呈蜂窝状分布或点阵分布。例如多个通气孔210也可以为非同心非同线的点阵分布。
在本发明的一个示例中，多个通气孔210的孔径为0.2～2mm(毫米)，优选地例如为0.5mm(毫米)。
为了去除晶片加工过程中在腔室壁上沉积的刻蚀副产物，在无片等离子清洗工艺过程中，通过腔室工艺气路向腔室中通入清洗气体。例如通过位于腔室顶端或者侧下端的喷嘴向腔室中通入清洗气体，并激发所述清洗气体形成等离子体，以利用所述等离子体对所述腔室的内壁进行清洗。
在本发明的一个实施例中，清洗气体可以为含有卤素的气体或者氧气。其中，含卤素的气体可以去除硅基或者金属基的副产物，氧气可以去除碳基副产物。
通过向腔室中通入清洗气体可以减少由于腔室环境导致晶片间的加工差异，保持工艺结果的稳定性。
在无片等离子清洗工艺过程中，由于静电卡盘1000的上方没有晶片，将导致静电卡盘1000的表面遭受腐蚀性的卤族气体的损伤。
反应：Al2O3+离化卤素X→AlX(省略价态)
AlN+离化卤素X→AlX(省略价态)
为了降低清洗气体中的卤族气体对静电卡盘1000的损失，向基座100中的气体分布沟道110中通入保护性气体。在本发明的一个实施例中，向气体分布沟道110中通入50-200sccm(standard-state cubic centimeter per minute，标况毫升每分)的保护性气体。
保护性气体通流经介质层200中的多个通气孔210，并从多个通气孔210流出，从而在介质层200的表面上形成保护性气体层。
在本发明的一个实施例中，保护性气体可以为惰性气体。保护性气体例如为氦气(He)、氦气(He)与氧气(O2)的混合气体或者氦气(He)与氮气(N2)的混合气体。其中，氦气(He)与氧气(O2)的混合气体中氦气与氧气的气体比例为0.1-10，氦气(He)与氮气(N2)的混合气体中氦气与氮气的气体比例为0.1-10。
可以理解的是，保护性气体不限于此，任意惰性气体或者惰性气体组合，例如氩气(Ar)或者氩气(Ar)和氦气(He)的混合气体。根据介质层200的材料选择氧化性保护性气体，只要能达到稀释并降低清洗气体对静电卡盘1000的等离子损伤的保护性气体均落入本发明的保护范围。
下面结合不同材料的介质层200具体描述本发明实施例的离子清洗方法的清洗流程。
1)由三氧化二铝(Al2O3)所形成的介质层200
静电卡盘1000的直径为200毫米，在介质层200上分布有多个通气孔210。其中，介质层200的材料为三氧化二铝(Al2O3)。多个通气孔210的孔径取0.2～2毫米，例如0.5毫米。
在无片等离子清洗工艺过程中，气体分布沟道110中通入氦气(He)与氧气(O2)的混合气体或者氦气(Ar)与氧气(O2)的混合气体。其中氦气(He)与氧气(O2)的混合气体中He/O2气体比例为0.1～10，总流量50～200sccm。采用上述方式的清洗工艺较不通气的离子清洗工艺相比，静电卡盘1000的Al2O3介质层200被等离子腐蚀的速率降低了20％～40％，从而显著延长了静电卡盘1000的使用寿命。
2)由氮化铝(AlN)所形成的介质层200
静电卡盘1000的直径为200毫米，在介质层200上分布有多个通气孔210。其中，介质层200的材料为氮化铝(AlN)。多个通气孔210的孔径取0.2～2毫米，优选地为例如0.5毫米。
在无片等离子清洗工艺过程中，气体分布沟道110中通入氦气(He)或者氦气(He)与氮气(N2)的混合气体。其中氦气(He)与氮气(N2)的混合气体中He/N2气体比例为0.1～10，总流量50～200sccm。采用上述方式的清洗工艺较不通气的离子清洗工艺相比，静电卡盘1000的AlN介质层200被等离子腐蚀的速率降低了10％～30％，从而显著延长了静电卡盘1000的使用寿命。
根据本发明实施例的用于等离子体设备腔室的等离子体清洗方法，在无片等离子清洗过程中、通过向静电卡盘内通入保护性气体以在静电卡盘的表面形成保护性气体层，从而降低清洗气体中的腐蚀性气体对静电卡盘表面的腐蚀性损伤，达到延长静电卡盘的使用寿命的目的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种用于等离子体设备腔室的等离子清洗方法，所述等离子体设备的腔室内设置有静电卡盘，其特征在于，包括：
向所述腔室中通入清洗气体；
向静电卡盘通入保护性气体，以在所述静电卡盘的表面上形成保护性气体层；
激发所述清洗气体形成等离子体，以利用所述等离子体对所述腔室的内壁进行清洗。
2.根据权利要求1所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述静电卡盘的介质层上密集分布有用于所述保护性气体导通的通气孔。
3.根据权利要求1所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述清洗气体为含有卤素的气体或者氧气。
4.根据权利要求1所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述保护性气体为惰性气体。
5.根据权利要求1所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述保护性气体为氦气、氦气与氧气的混合气体或者氦气与氮气的混合气体。
6.根据权利要求4所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述氦气与氧气或者所述氦气与氮气的气体比例为0.1-10。
7.根据权利要求1所述的等离子清洗方法，其特征在于，通入的所述保护性气体的总流量为50-200sccm。
8.根据权利要求2所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述介质层为三氧化二铝或者氮化铝。
9.根据权利要求2所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述通气孔为以所述介质层的中心为圆心的多圈圆周分布孔。
10.根据权利要求2所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述通气孔为形成在所述介质层上的均匀分布孔。
11.根据权利要求2所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述通气孔在所述介质层上呈蜂窝状分布。
12.根据权利要求2所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述通气孔在所述介质层上呈点阵分布。
13.根据权利要求2所述的等离子清洗方法，其特征在于，所述通气孔的孔径为0.2-2mm。
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