CN103515176A

CN103515176A - 一种暖机方法及刻蚀方法

Info

Publication number: CN103515176A
Application number: CN201210204132.7A
Authority: CN
Inventors: 谢秋实
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing NMC Co Ltd; Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明提供一种暖机方法及刻蚀方法，该暖机方法用于在暖机工艺时在腔室内壁形成聚合物以使腔室内达到工艺所需的工作状态，包括以下步骤，将含有碳和氢的气体通入所述腔室内，将上述含有碳和氢的气体激发成等离子体，借助所述含有碳和氢的等离子体在所述腔室内壁沉积一聚合物层。该暖机方法不仅可以缩短暖机工艺的时间，提高暖机工艺的效率；而且可以降低暖机工艺的成本，进而可以降低整个刻蚀工艺的生产成本。

Description

一种暖机方法及刻蚀方法

技术领域

本发明属于半导体加工设备领域，涉及一种用于刻蚀工艺的暖机方法及刻蚀方法。

背景技术

在感应耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma，以下简称ICP）刻蚀工艺中，暖机（Season）步骤是一项重要的工艺步骤，其目的是为了保持刻蚀腔室的稳定性和工艺的均匀性。对于从未使用的全新腔室（Chamber）、周期性维护（PM）后的腔室、空闲（Idle）时间过长的腔室，均要进行暖机工艺处理，以提高机台的稳定性和片间的均匀性。

对于LED-ICP刻蚀工艺，暖机工艺处理尤为重要。实验表明，未经暖机工艺处理的腔室与经过暖机工艺处理的腔室相比，选择比偏低50%，刻蚀速率偏低30%左右。这是由于在腔室表面，尤其是设置在腔室内部的内衬表面，在微观尺度下并不平滑，这使得等离子体与内衬表面发生非弹性碰撞的比例升高，从而导致等离子体的能量损失，降低了等离子体的密度，进而降低了刻蚀速率。与之相反，经过暖机工艺处理后的内衬表面不平滑现象被聚合物（Polymer）弱化，使得等离子体与内衬表面发生弹性碰撞的比例升高，从而提高了等离子体密度，提高了刻蚀速率。此外，根据勒沙特列原理，在腔室中的聚合物会使刻蚀与该聚合物成分相近的光刻胶的速率降低，从而可以提高刻蚀的选择比。因此，为了使LED-ICP刻蚀工艺达到较佳状态，在实施LED-ICP刻蚀工艺之前，需要在腔室内壁形成一定量的聚合物。

目前较常用的暖机工艺是采用光刻胶陪片（PR Dummy），即经过涂胶、烘烤但未经过光刻的基片（Wafer）来模拟整盘工艺。在模拟整盘工艺的过程中，位于光刻胶陪片表面的光刻胶被刻蚀下来并在腔室内沉积，从而在腔室内壁形成聚合物，直至达到刻蚀所需的正常状态。暖机工艺的具体参数如下：腔室内的压力为10mT（毫托），激发等离子体的射频功率（SRF）为1800W（瓦），产生射频偏压的射频功率（BRF）为300W、通入反应腔室内的反应气体BCl₃的流量为150sccm（标况毫升每分钟），腔室内的温度设为0℃，工艺时间为45min（分钟）。

利用现有暖机工艺暖机时，全新腔室需要3～4小时才能达到正常状态；周期性维护后的腔室需要1～2小时才能恢复正常状态。因此，目前暖机工艺的效率较低，这不仅降低了等离子体加工设备的使用效率，而且实施暖机工艺时消耗的工艺气体、光刻胶陪片以及电能较多，增加了生产成本。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种暖机方法，其可以提高暖机工艺的效率，降低生产成本，提高加工设备的使用效率。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种暖机方法，用于在暖机工艺时在腔室内壁形成聚合物以使腔室内达到工艺所需的工作状态，包括以下步骤，

将含有碳和氢的气体通入所述腔室内，

将上述含有碳和氢的气体激发成等离子体，

借助所述含有碳和氢的等离子体在所述腔室内壁沉积一聚合物层。

其中，所述含有碳和氢的气体包括CH₄或CHF₃。

其中，通入所述腔室内的CH₄的流量为5～20sccm。

其中，通入所述腔室内的CH₄的流量为10～15sccm。

其中，通入所述腔室内的CHF₃的流量为10～30sccm。

其中，通入所述腔室内的CHF₃的流量为15～25sccm。

其中，还包括向所述腔室内通入BCl₃气体。

其中，所述BCl₃的流量为60～150sccm。

其中，在所述腔室内没有衬底时进行暖机工艺。

其中，所述腔室内的气体压力为3-20mT。

其中，激发等离子体的射频功率为1400～2400W，产生偏压的射频功率为150～400W。

其中，所述腔室内的温度为-10～20℃。

本发明还提供一种刻蚀方法，包括暖机步骤和刻蚀衬底的步骤，所述暖机步骤采用本发明提供的所述的暖机方法。

其中，采用感应耦合等离子体实施所述暖机步骤和所述刻蚀衬底的步骤。

其中，所述刻蚀衬底为蓝宝石衬底。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的暖机方法，在暖机工艺时向腔室内通入含有碳和氢的气体，将含有碳和氢的气体激发形成等离子体，借助含有碳和氢的等离子体在所述腔室内壁形成聚合物。利用含有碳和氢的气体可以较快地在腔室内壁形成聚合物，从而缩短了暖机工艺的时间，提高了暖机工艺的效率，进而提高了刻蚀工艺的效率。另外，该暖机方法采用低成本的含有碳和氢的气体获得聚合物，可以不采用高成本较的光刻胶陪片，从而降低了暖机工艺的成本，进而降低了整个刻蚀工艺的生产成本。

本发明提供的刻蚀方法利用含有碳和氢的气体实施暖机步骤，缩短了暖机步骤的时间，从而提高了刻蚀的效率；而且，该暖机方法不采用成本较高的光刻胶陪片进行暖机，从而降低了暖机工艺的成本，进而降低了整个刻蚀工艺的生产成本。

附图说明

图1为本发明刻蚀方法的流程图。

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暖机方法进行详细描述。

本实施例采用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀经过光刻的衬底，衬底可以为硅片，也可以是蓝宝石等其它材料。在实施刻蚀衬底之前，进行暖机工艺，以使腔室内部的环境达到实施刻蚀衬底所需的工作状态。而且，由于衬底是由光刻胶覆盖，因此在腔室内壁形成与光刻胶成分相近的聚合物有利于提高刻蚀的选择比，即在腔室的内衬的表面覆盖聚合物能够使腔室内部的环境达到实施刻蚀衬底所需的工作状态。

基于上述特性，本实施例提供的暖机方法是在暖机工艺时向腔室内通入含有碳和氢的气体，利用射频电源向感应线圈施加射频能量用以将腔室内的含有碳和氢的气体激发成等离子体，并由含有碳和氢的等离子体在腔室内壁沉积一聚合物层。

进一步含有碳和氢的气体可以是CH₄或CHF₃，当然本发明并不局限于这两种气体在实施暖机工艺时，还可以向反应腔室通入BCl₃气体，即将BCl₃气体和含有碳和氢的气体同时通入腔室实施暖机工艺。

在进行暖机工艺时的具体工艺参数为：腔室内的气体压力为3~20mT（毫托），上射频功率（激发等离子体的射频功率）为1400~2400W（瓦），下射频功率（产生偏压的射频功率）为150~400W，BCl₃气体的流量为60~150sccm（标况毫升每分钟），通入腔室内的CH₄气体的流量为5~20sccm，腔室内的温度为-10℃~20℃。其中，CH₄气体可以采用CHF₃气体代替，CHF₃气体的流量为10~30sccm。

需要说明的是，含有碳和氢的气体的流量直接决定形成聚合物的速率，含有碳和氢的气体流量越高，暖机效果越明显。然而，在实际使用过程中，为了使后续的刻蚀工艺获得更理想的刻蚀效果，优选地，CH₄气体的流量为10~15sccm，CHF₃气体的流量为15~25sccm。

下面以实施一至实施例十二详细介绍本发明暖机工艺的具体工艺参数。请参阅表一，为实施例一至实施例六的具体工艺参数。实施例一至实施例六是以CH₄气体和BCl₃气体作为反应气体。

表一

请参阅表二，为实施例七至实施例十二的具体工艺参数。实施例七至实施例十二是以CHF₃气体和BCl₃气体作为反应气体。

表二

表三为比较例一至比较例三的具体工艺参数。在比较例一至比较例三中仅以BCl₃气体作为反应气体。

表三

需要说明的是，在表一、表二和表三中，全新腔室所需的时间(min)是指从未使用的全新腔室达到刻蚀所需的工作状态所需的时间，对应地，周期维护所需的时间(min)是指周期性维护后腔室达到刻蚀所需的工作状态所需的时间。全新腔室所需的时间3×45是指暖机工艺需要3盘衬底，每盘衬底的暖机时间为45min，即全新腔室所需的时间为135min，其它与此类似，在此不再赘述。

由表一至表三可知，采用本实施例提出的暖机方法对未使用的全新腔室进行暖机所需时间为1~3小时，对周期性维护后的腔室进行暖机所需时间为25~90分钟；而采用比较例暖机方法对未使用的全新腔室进行暖机所需时间为3~4小时，对周期性维护后的腔室进行暖机所需时间为1~2小时，采用本发明的方法进行暖机大大缩短了暖机时间，从而提高了暖机的效率。

需要说明的是，本实施例提供的暖机方法在实施暖机工艺时，可以在腔室内放置光刻胶陪片，光刻胶陪片可以是经过涂胶、烘烤而未经过光刻的衬底，也可以是未经涂胶的衬底,当然，也可以在腔室内不放置光刻胶陪片。

需要说明的是，如果在腔室内不放置衬底时，下射频功率应该为零。下面列举一在腔室内不放置光刻胶陪片的暖机工艺的实施例，具体工艺参数如下：反应腔室内的气体压力为3mT，上射频功率为1400W，下射频功率为0W，BCl₃气体的流量为150sccm，通入腔室内的CH₄气体的流量为5sccm，腔室内的温度为-10℃。利用该工艺对全新腔室进行暖机大约需要120分钟，对周期性维护的腔室进行暖机大约需要45分钟。

需要说明的是，本实施例介绍了感应耦合等离子体刻蚀工艺的暖机工艺，然而，本发明提出的暖机工艺也可以用于诸如容性耦合等离子体刻蚀等其它等离子体刻蚀的暖机工艺。

本发明提供的暖机方法，在暖机工艺时向腔室内通入含有碳和氢的气体，通过在上电极施加射频功率将腔室内的含有碳和氢的气体激发形成等离子体，然后借助所述含有碳和氢的等离子体在所述腔室内壁形成聚合物。利用含有碳和氢的气体可以较快地在腔室内壁形成聚合物，从而缩短了暖机工艺的时间，提高了暖机工艺的效率，进而提高了刻蚀工艺的效率。另外，由于该暖机方法采用成本低的含碳和氢的气体获得聚合物，因此，可以采用未涂胶的衬底作为光刻胶陪片或者不使用陪片，从而可以降低暖机工艺的成本，进而降低了整个刻蚀工艺的生产成本。

本实施例还提供一种刻蚀方法，图1为本发明刻蚀方法的流程图。请参阅图1，刻蚀方法包括暖机步骤s1和刻蚀衬底步骤s2，暖机步骤s1采用本实施例提供的暖机方法，在此不再赘述。暖机步骤s1和刻蚀衬底步骤s2可以采用感应耦合等离子体实施。

在步骤s2中，刻蚀衬底为蓝宝石衬底。刻蚀衬底工艺可以按照但不限于以下工艺参数：反应腔室内的气体压力为3mT，上射频功率为1400W，下射频功率为300W，BCl₃气体的流量为120sccm，腔室内的温度为0℃，刻蚀时间可以根据具体情况设定，如20分钟。

本实施例提供的刻蚀方法利用含有碳和氢的气体实施暖机步骤，缩短了暖机步骤的时间，从而提高了刻蚀的效率；而且，由于暖机方法不采用成本较高的光刻胶陪片，从而降低了暖机工艺的成本，进而降低了整个刻蚀工艺的生产成本。

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

1.一种暖机方法，用于在暖机工艺时在腔室内壁形成聚合物以使腔室内达到工艺所需的工作状态，其特征在于包括以下步骤，

将含有碳和氢的气体通入所述腔室内，

将上述含有碳和氢的气体激发成等离子体，

2.根据权利要求1所述的暖机方法，其特征在于，所述含有碳和氢的气体包括CH₄或CHF₃。

3.根据权利要求2所述的暖机方法，其特征在于，通入所述腔室内的CH₄的流量为5～20sccm。

4.根据权利要求3所述的暖机方法，其特征在于，通入所述腔室内的CH₄的流量为10～15sccm。

5.根据权利要求2所述的暖机方法，其特征在于，通入所述腔室内的CHF₃的流量为10～30sccm。

6.根据权利要求5所述的暖机方法，其特征在于，通入所述腔室内的CHF₃的流量为15～25sccm。

7.根据权利要求2所述的暖机方法，其特征在于，还包括向所述腔室内通入BCl₃气体。

8.根据权利要求7所述的暖机方法，其特征在于，所述BCl₃的流量为60～150sccm。

9.根据权利要求1所述的暖机方法，其特征在于，在所述腔室内没有衬底时进行暖机工艺。

10.根据权利要求1所述的暖机方法，其特征在于，所述腔室内的气体压力为3-20mT。

11.根据权利要求1所述的暖机方法，其特征在于，激发等离子体的射频功率为1400～2400W，产生偏压的射频功率为150～400W。

12.根据权利要求1所述的暖机方法，其特征在于，所述腔室内的温度为-10～20℃。

13.一种刻蚀方法，包括暖机步骤和刻蚀衬底的步骤，其特征在于，所述暖机步骤采用权利要求1-12任意一项所述的暖机方法。

14.根据权利要求13所述的刻蚀方法，其特征在于，采用感应耦合等离子体实施所述暖机步骤和所述刻蚀衬底的步骤。

15.根据权利要求13所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀衬底为蓝宝石衬底。