CN103165494B - 一种清洁晶片背面聚合物的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁晶片背面聚合物沾污的装置及带有该装置的等离子体刻蚀室，本发明通过在聚焦环内部或下方设置一导电环，并在刻蚀结束后的清洗过程中供以一静电位，提高了所述聚焦环的电势，提高了离子向晶片背面边缘的轰击能量，有效清除了晶片背面的聚合物沾污，本发明所述方案结构简单，成本合理，效果明显。

Description

一种清洁晶片背面聚合物的装置和方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及晶片清洁技术领域。

背景技术

在半导体晶片刻蚀时，晶片在刻蚀前通常涂覆以光刻胶层，然后该光刻胶层区域被有选择的去除，从而使得下层的部分暴露在外。进行蚀刻时，将晶片放置在等离子体刻蚀室的基座上，在等离子体刻蚀室内对蚀刻反应气体(由一种或多种气体组成)施加能量以将气体激励形成等离子体，刻蚀反应的非挥发性产物会沉积在晶片正面以及背面暴露出来的边缘部分。由于晶片的边缘部分可能在刻蚀过程中暴露出来，因此在某些情况下，可能在晶片背面发生聚合物沉积作用，形成沾污。可采用连续等离子体处理步骤的等离子体清洁来移除沉积在晶片正面上的聚合物。

然而，在使用氧气等离子体清洁过程中，由于晶片背面与聚焦环之间的缝隙较小，此处的等离子浓度低，电磁场较弱，氧离子的活性在如此半封闭的空间里非常低，使得晶片背面无法受到氧离子的直接轰击，所以背面聚合物的沉积不易移除，从而使得晶片背面聚合物的清除效果不佳。晶片背面的聚合物沾污，而可能成为后续半导体制程的污染来源。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种清洁晶片背面聚合物沾污的装置，其围绕设置于一等离子体蚀刻室中的晶片的基座的外周侧，所述晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘，所述清洁晶片背面聚合物的装置包括：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其围绕设置于所述基座的外周侧，位于所述聚焦环的下方，所述导电环和所述聚焦环之间设置一绝缘层；

一直流电源，可选择的连通到所述导电环，为其提供静电位。

所述的基座包括一延伸部，所述的基座延伸部上方和所述聚焦环之间设置一绝缘插入环，所述的导电环可以为涂覆在所述绝缘插入环上表面的导电层，所述的绝缘层涂覆在所述导电层上表面；

也可以在所述聚焦环下表面涂覆为绝缘层，所述的导电环为涂覆在所述绝缘层下的导电层，在所述的导电层下涂覆绝缘层。

所述的导电环为金属或非金属导电材料，所述的绝缘层为非金属绝缘材料。

所述的导电环宽度范围介于所述晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘的长度和所述聚焦环的宽度之间。

还可以将所述导电环直接放置在所述的绝缘插入环上表面，所述导电环外表面包裹一层绝缘层。

所述的导电环和所述的直流电源间串联一开关，所述的直流电源外串联一电容，所述的直流电源另一端接地。

所述的聚焦环由硅、碳化硅或二氧化硅等半导体材料制成。

本发明的另一技术方案为：一种清洁晶片背面聚合物的装置，其围绕设置于一等离子体蚀刻室中的晶片的基座的外周侧，所述晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘，所述清洁晶片背面聚合物的装置包括：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；所述聚焦环由绝缘材料制成的；

一导电环，其嵌入所述聚焦环内部；所述导电环外包裹一绝缘层；

一直流电源，连通所述导电环，为其提供静电位。

本发明还公开了一种等离子体蚀刻室，包括上电极和下电极，上电极连接反应气体源，可同时作为气体注入装置使用，还包括一基座，用以支撑其上方的晶片，所述的基座包括静电吸盘和下电极，还包括围绕设置于该基座的外周侧的用于清洁晶片背面聚合物的装置；其中，所述的晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘；所述的用于清洁晶片背面聚合物的装置包含：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其围绕设置于所述基座的外周侧，位于所述聚焦环的下方，所述导电环和所述聚焦环之间设置一绝缘层；

一直流电源，可选择的连通到所述导电环，为其提供静电位。

本发明的另一种等离子体蚀刻室，包括上电极和下电极，上电极连接反应气体源，可同时作为气体注入装置使用，还包括一基座，用以支撑其上方的晶片，所述的基座包括静电吸盘和下电极，还包括围绕设置于该基座的外周侧的用于清洁晶片背面聚合物的装置；其中，所述的晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘；所述的用于清洁晶片背面聚合物的装置包含：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其嵌入所述聚焦环内部；

一直流电源，可选择地连通到所述导电环，为其提供静电位；

本发明还公开了一种清洁晶片背面聚合物的方法，包括：

将所述晶片放置在所述基座上进行等离子刻蚀；等离子刻蚀结束后，开始等离子体清洗过程中(通常为氧气、氮气等离子体)，连通所述导电环和所述直流电源的阳极，提高所述聚焦环的电势，加强阳离子(O+、O2+、N+、N2+等)向所述晶片背面边缘轰击的能量，有效清除了晶片背面及边缘的聚合物。

本发明通过在聚焦环内部或下方设置一导电环，等离子刻蚀结束后，开始等离子体清洗过程(通常为氧气、氮气等离子体)，连通所述导电环和所述直流电源的阳极，提高所述聚焦环的电势，加强阳离子(O+、O2+、N+、N2+等)向所述晶片背面边缘轰击的能量，有效清除了晶片背面边缘的聚合物，本发明所述方案结构简单，成本合理，效果非常明显。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为含清洁晶片背面聚合物的装置的等离子体刻蚀室结构示意图；

图2为清洁晶片背面聚合物的装置一实施例的结构示意图；

图3为清洁晶片背面聚合物的装置另一实施例的结构示意图；

具体实施方式

如图1-2所示，本发明具体公开了一种清洁晶片背面聚合物的装置及带有该装置的等离子体刻蚀室，在等离子体刻蚀室100内，有上电极10和下电极3，上电极10连接反应气体源110，可同时作为气体注入装置使用。等离子体刻蚀室100内还包括一基座，用以支撑其上方的晶片1，所述的基座包括静电吸盘2和下电极3。

在晶片1外周设置一聚焦环4，聚焦环4具有一延伸部15，至少部分地延伸至晶片1背面的边缘之下；聚焦环4下方设置一绝缘插入环7，下电极3包括一延伸部9，用以支撑绝缘插入环7。在绝缘插入环7上表面采用镀膜的方式涂覆一层导电层6，本实施例涂覆铝，也可以为铝合金或铜及其他可以导电的金属或非金属材料；在导电层6上表面涂覆一层绝缘层5，本实施例为氧化铝，也可以为陶瓷、石英等其它能起绝缘作用的物质。绝缘层5与聚焦环4下表面可以为接触，也可以为不接触。

导电层6通过导线和开关11连接一直流电源12，直流电源12外面连接一电容13，直流电源12的阴极接地。将晶片1放置在基座上进行等离子刻蚀；等离子刻蚀结束后，在等离子清洁过程中，接通导电环6和直流电源12之间的开关11，导电环6通电，提高了其上方聚焦环4的电势，加强了聚焦环4和晶片1之间的离子定向轰击能量，有效清除了晶片1背面的聚合物。

在聚焦环和插入环外周侧围绕设置一边缘环8，用以限制等离子体接触等离子体刻蚀腔下电极。本实施例的聚焦环4由硅、硅碳化物等半导体材料制成，绝缘插入环7为石英、绝缘陶瓷等绝缘材料制成。

在另一实施例中，也可以采用将绝缘层5用镀膜方式涂覆在聚焦环4的下表面，后在绝缘层下方涂覆导电层6，再在导电层6下方涂覆绝缘层的技术方案。本实施例中的其余特征和上述实施例相同。

在另一实施例中，还可以将导电环6直接放置在绝缘插入环7上方，在导电环6外表面包裹一层绝缘层5，绝缘层5与聚焦环4下表面可以为接触，也可以为不接触。本实施例所述的导电环6可以为铝片、铜片、铁片或者合金片等金属或非金属导电材料制成，绝缘层5可以为聚乙烯等绝缘材料制成。本实施例其余技术方案和上述实施例相同。

在图3所示的实施例中，同样公开了一种清洁晶片背面聚合物的装置及带有该装置的等离子体刻蚀室，在等离子体刻蚀室100内，有上电极10和下电极3，上电极10连接反应气体源110，可同时作为气体注入装置使用。等离子体刻蚀室100内还包括一基座，用以支撑其上方的晶片1，所述的基座包括静电吸盘2和下电极3。

在晶片1外周设置一聚焦环4，聚焦环4具有一延伸部15至少部分地延伸至晶片1背面的边缘之下；在聚焦环4内部嵌入一导电环6，导电环材质可以为铝、铜、铁、合金等金属或非金属导电材料制成，本实施例选用铜片作为导电环6，导电环6外表面包裹一层绝缘层。聚焦环4下方设置一绝缘插入环7，下电极3包括一延伸部9，用以支撑绝缘插入环7。

导电环6通过导线和开关11连接一直流电源12，直流电源12外面连接一电容13，直流电源12接地。将晶片1放置在基座上进行等离子刻蚀；等离子刻蚀结束后，接通导电环6和直流电源12之间的开关11，导电环6通电，提高了聚焦环4的电势，加强了聚焦环4和晶片1之间的离子定向轰击能量，有效清除了晶片1背面的聚合物。要获得足够的加速使离子能够轰击晶片背面的聚合物，直流电源的电压要达到很高，至少要500V以上，最好在700V左右。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种清洁晶片背面聚合物的装置，其围绕设置于一等离子体刻蚀室中的晶片和支撑所述晶片的基座的外周侧，所述晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘，特征在于：所述装置包括：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其围绕设置于所述基座的外周侧，位于所述聚焦环的下方，所述导电环和所述聚焦环之间设置一绝缘层；所述导电环至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一直流电源，可选择地连通到所述导电环，为其提供一静电位。

2.根据权利要求1所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的基座包括一延伸部，所述基座的延伸部上方和所述聚焦环之间设置一绝缘插入环，所述的导电环为采用镀膜方式涂覆在所述绝缘插入环上表面的导电层，所述的绝缘层涂覆在所述导电层上表面。

3.根据权利要求1所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的基座包括一延伸部，所述基座的延伸部上方和所述聚焦环之间设置一绝缘插入环，所述的导电环放置在所述绝缘插入环上，所述导电环外表面包裹一层绝缘层。

4.根据权利要求1所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述聚焦环下表面涂覆绝缘层，所述导电环为涂覆在所述绝缘层下的导电层，所述的导电层下涂覆绝缘层。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的导电环和所述的直流电源间串联一开关，所述的直流电源另一端接地。

6.根据权利要求2、3或4所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的导电环为金属或非金属导电材料。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的聚焦环由硅、碳化硅或二氧化硅材料制成。

8.根据权利要求1所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的导电环具有一内径大于基座半径，以及一外径大于等于晶圆半径小于聚焦环远离晶圆端的外径。

9.根据权利要求1所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述直流电源提供一静电位大于500V。

10.一种清洁晶片背面聚合物的装置，其围绕设置于一等离子体蚀刻室中的晶片和支撑所述晶片的基座的外周侧，所述晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘，特征在于：所述装置包括：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其嵌入所述聚焦环内部；所述导电环外包裹一绝缘层；所述导电环至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；一直流电源，可选择的连通到所述导电环，为其提供静电位。

11.根据权利要求10所述的清洁晶片背面聚合物的装置，其特征在于：所述的导电环为铜片、铝片、铁片或合金片。

12.一种等离子体蚀刻室，其特征在于，包含晶片、用于支撑该晶片的基座，以及围绕设置于该基座的外周侧的用于清洁晶片背面聚合物的装置；其中，所述的晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘；所述装置包含：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其围绕设置于所述基座的外周侧，位于所述聚焦环的下方，所述导电环和所述聚焦环之间设置一绝缘层；所述导电环至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一直流电源，可选择的连通到所述导电环，为其提供静电位。

13.一种等离子体蚀刻室，其特征在于，包含晶片、用于支撑该晶片的基座，以及围绕设置于该基座的外周侧的用于清洁晶片背面聚合物的装置；其中，所述的晶片的边缘突出于所述的基座的上表面的边缘；

所述的用于清洁晶片背面聚合物的装置包含：

一聚焦环，其围绕设置于所述晶片的外周侧；所述聚焦环具有一延伸部，其至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一导电环，其嵌入所述聚焦环内部；所述导电环外包裹一绝缘层；所述导电环至少部分地延伸至晶片背面的边缘之下；

一直流电源，可选择的连通到所述导电环，为其提供静电位。

14.一种在如权利要求12或13所述的等离子体刻蚀室内进行的清洁晶片背面聚合物的方法，包括：

将所述晶片放置在所述基座上进行等离子刻蚀；

等离子刻蚀结束后开始进行等离子清洗过程，接通所述导电环和所述直流电源之间的开关，所述导电环通电，提高了所述聚焦环的电势，提高了离子向晶片背面及边缘的轰击能量，有效清除了晶片背面的聚合物。

15.根据权利要求14所述的等离子体刻蚀室内进行的清洁晶片背面聚合物的方法，其特征在于其中所述聚集环的电势高于500V。