CN104282519B - 等离子体处理装置的清洁方法 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置的清洁方法，其中，所述等离子体处理装置包括一腔室，基片放置于腔室之中进行制程，其中，所述清洁方法包括如下步骤：a.在基片制程之后，在腔室表面沉积不含氟的聚合物层；b.往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体，以对腔室内部进行清洁。本发明提供了一种安全可靠有效的等离子体腔室清洁方法，并且能够提高静电夹盘寿命，节省成本。

Description

等离子体处理装置的清洁方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子体处理装置的清洁方法。
背景技术
等离子处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和等离子平板的基片的加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀剂源气体的反应气体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来激发和维持等离子体，以便分别刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片和等离子平板进行加工。
以等离子体刻蚀腔室为例，在等离子体刻蚀基片过程中，为了去除刻蚀过程中在腔体侧壁沉积的聚合物杂质，减少腔室内颗粒污染（particle）的生成，维持稳定的腔体刻蚀条件，现有技术一般要在对基片进行制程的间隙通入氧气进行腔室的清洁制程（dryclean）。然而，在通入氧气进行清洁制程的同时，会释放高活性的F活性粒子（radical）,这些F活性粒子会腐蚀静电夹盘的表面，同时氧气的等离子体中的带正电荷的氧离子（positive oxygen ion）会轰击静电夹盘的表面，造成静电夹盘表面的物理损伤。上述清洁制程带来的对静电夹盘的物理和/或化学损伤会大大缩短静电夹盘的寿命。
因此，业内需要一种安全可靠有效的等离子体腔室清洁方法，并能够提高静电夹盘寿命，节省成本。
发明内容
针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种等离子体处理装置的清洁方法。
本发明提供了一种用于等离子体处理装置的清洁方法，其中，所述等离子体处理装置包括一腔室，基片放置于腔室之中进行制程，其中，所述清洁方法包括如下步骤：
a.在基片制程之后，在腔室表面沉积不含氟的聚合物层；
b.往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体，以对腔室内部进行清洁。
进一步地，所述清洁气体包括O2，O2与N2或Ar的混合气体。
进一步地，所述步骤a还包括如下步骤：在基片制程之后，往腔室中通入第一气体，并连接射频能量产生等离子体，以在所述腔室表面沉积不含氟的聚合物层。
进一步地，在静电夹盘表面沉积的不含氟的聚合物层厚度大于腔体侧壁和上电极的不含氟的聚合物层厚度。
进一步地，所述步骤b还包括如下步骤：往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体，首先清除腔体侧壁和上电极的不含氟的聚合物层，再清除静电夹盘上表面的不含氟的聚合物层。
进一步地，所述第一气体为COS/N2，CO/H2，CO/NH3，CH4，C2H2，C2H4，C2H6，C3H6，C3H8,C4H10。
进一步地，所述第一气体与N2和/或NH3混合调节不含氟的聚合物层的浓度。
进一步地，当所述第一气体为C2H4时，腔室内压力值为500mt，C2H4的流量为250sccm，射频功率为750W和60Mhz，执行时间的取值范围为8到15秒。
进一步地，所述步骤b的执行时间为20～25秒。
进一步地，所述不含氟的聚合物层的厚度由终点检测的方法来控制。
进一步地，所述步骤b之后还包括如下步骤c：将清洁冗余用真空泵抽出腔室。
进一步地，在所述步骤c之后还包括如下步骤d:将基片传输入所述腔室，并对基片进行制程。
进一步地，在所述步骤a之前还包括：对基片执行制程的步骤。
本发明提供了一种安全可靠有效的等离子体腔室清洁方法，并且能够提高静电夹盘寿命，节省成本。
附图说明
图1是等离子体处理腔室的结构示意图；
图2是现有技术的等离子体处理腔室的静电夹盘被聚合物杂质损坏的示意图；
图3a～3c是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理装置的清洁方法的步骤示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
本发明利用等离子体处理腔室来执行整个清洁过程，包括但不限于CVD腔室、刻蚀腔室等，本文首先对等离子体处理腔室的结构和原理进行说明。
图1是等离子体处理腔室的结构示意图，其典型地为等离子体刻蚀腔室。等离子体处理腔室100具有一个处理腔体，处理腔体基本上为柱形，且处理腔体侧壁102基本上垂直，处理腔体102内具有相互平行设置的上电极109和下电极。通常，在上电极109与下电极之间的区域为处理区域P，该区域P将形成高频能量以点燃和维持等离子体。在静电夹盘106上方放置待要加工的基片W，该基片W可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。其中，所述静电夹盘106用于夹持基片W。反应气体从气体源103中被输入至处理腔体内，一个或多个射频电源104可以被单独地施加在下电极上或同时被分别地施加在上电极109与下电极上，用以将射频功率输送到下电极上或上电极109与下电极上，从而在处理腔体内部产生大的电场。大多数电场线被包含在上电极109和下电极之间的处理区域P内，此电场对少量存在于处理腔体内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、淀积等。在等离子体处理腔室100的合适的某个位置处设置有排气区域，排气区域与外置的排气装置（例如真空泵泵105）相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出腔室。其中，等离子体约束环107用于将等离子体约束于处理区域P内，而108指代的是等离子体约束环107的接地端。
参见图2，图2是现有技术的等离子体处理腔室的静电夹盘被聚合物杂质损坏的示意图。前已述及，在利用等离子体处理腔室100’对基片W执行制程（例如刻蚀或者沉积）过程中，为了去除制程过程中在腔体侧壁102’沉积的聚合物杂质，减少腔室内颗粒污染（particle）的生成，维持稳定的腔体制程条件，现有技术一般要在对基片W进行制程之后通入氧气进行腔室的清洁制程（dry clean）。然而，本领域技术人员应当理解，现有技术在通入氧气进行清洁制程的同时，会释放高活性的F活性粒子b,这些F活性粒子b会腐蚀静电夹盘106’的表面，同时氧气等离子体中的带正电荷的氧离子a会轰击静电夹盘的表面，造成静电夹盘表面的物理损伤。上述清洁制程带来的对静电夹盘的物理和/或化学损伤会大大缩短静电夹盘的寿命。
等离子体处理腔室在执行制程之后容易在腔室内部粘附含碳氟聚合物的杂质，例如上电极、侧壁等。图3a是等离子体处理腔室的腔室内部具有聚合物杂质的示意图，如图3a所示，基片W在等离子体处理腔室100内执行制程时，静电夹盘106表面由于夹持着基片，因此碳氟聚合物m主要沉积腔室内部的上电极109和腔体侧壁102上，而静电夹盘106表面因为基片W的覆盖而不会沉积碳氟聚合物m。
本发明提供了一种用于等离子体处理装置的清洁方法，其中，所述清洁方法包括如下步骤。图3a～3c是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理装置的清洁方法的步骤示意图，下面结合附图3a～3c对本发明进行说明。
首先执行步骤a，参见附图3b，在基片制程之后，将基片传输出腔室内部，并在腔室表面沉积不含氟的聚合物层n。具体地，首先往腔室中通入第一气体，并连接射频能量产生等离子体，以在所述腔室表面沉积不含氟的聚合物层n。由于上电极109温度比下电极温度高，例如，上电极温度一般大于60℃时,下电极温度一般小于50℃。因此，不含氟的聚合物层n在上下电极沉积的速率不一样，在相同制程条件下，在上电极沉积的不含氟的聚合物层n少，而在下电极上的静电夹盘106表面沉积的不含氟的聚合物层n多。因此，在静电夹盘106表面沉积的不含氟的聚合物层n的厚度大于腔体侧壁和上电极109的不含氟的聚合物层n的厚度。
需要说明的是，若沉积含氟的防腐蚀层于静电夹盘106上，由于静电夹盘106的表面是陶瓷层以及氧化铝或氧化硅，氟的活性粒子会侵蚀静电夹盘106表面，使得其粗糙度发生变化，从而给整个制程带来影响，尤其影响了基片制程的均一性。基于上述考虑，本发明利用不含氟的聚合物层作为防腐蚀层。
然后执行步骤b，参见附图3c，往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体，以对腔室内部进行清洁。具体地，往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体。由于在静电夹盘106表面沉积的不含氟的聚合物层n的厚度大于腔体侧壁和上电极109的不含氟的聚合物层n的厚度，因此首先清除腔体侧壁102和上电极109的不含氟的聚合物层n，再清除静电夹盘106上表面的不含氟的聚合物层n。因此，静电夹盘106表面可以被不含氟的聚合物层n保护，进一步免受氟的活性粒子的化学腐蚀及氧离子的物理轰击。
最后，清除静电夹盘106表面的不含氟的聚合物层n，并且以终点控制装置及方法控制去除的时间，以确保静电夹盘106表面的清洁和最短的静电夹盘曝露于清洁制程环境中的时间。
综上，本发明提供的等离子体处理腔室的清洁方法能够有效避免静电夹盘受氟的活性粒子的化学腐蚀及氧离子的物理轰击，大大延长静电夹盘的寿命，节省了成本。
进一步地，所述清洁气体包括O2，O2与N2或Ar的混合气体。
进一步地，所述第一气体为COS/N2，CO/H2，CO/NH3，CH4，C2H2，C2H4，C2H6，C3H6，C3H8,C4H10。
可选地，所述第一气体与N2和/或NH3混合调节不含氟的聚合物层的浓度。
根据本发明一个优选实施例，当所述第一气体为C2H4时，腔室内压力值为500mt，C2H4的流量为250sccm，射频功率为750W和60Mhz，执行时间的取值范围为8到15秒。
进一步地，所述步骤b的执行时间为20～25秒。在本实施例中，上电极和腔体侧壁的不含氟的聚合物层被清除掉用的时间为12秒左右，而静电夹盘上的不含氟的聚合物层去除时间为20秒，此外还要加上过清洁（over clean）5秒的时间。
具体地，所述不含氟的聚合物层的厚度由终点检测（endpoint detect）的装置和方法来控制。至于终点检测的方法和装置在现有技术中已有成熟的技术支持，为简明起见，再次不再赘述。
进一步地，所述步骤b之后还包括如下步骤c：将清洁冗余用真空泵抽出腔室。
进一步地，在所述步骤c之后还包括如下步骤d:将基片传输入所述腔室，并对基片进行制程。
进一步地，在所述步骤a之前还包括：对基片执行制程的步骤。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种用于等离子体处理装置的清洁方法，其中，所述等离子体处理装置包括一腔室，基片放置于腔室之中进行制程，其中，所述清洁方法包括如下步骤：
a.在基片制程之后，在腔室表面沉积不含氟的聚合物层；
b.在沉积聚合物层步骤之后，往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体，以对腔室内部进行清洁。
2.根据权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，所述清洁气体包括O2，O2与N2或Ar的混合气体。
3.根据权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，所述步骤a还包括如下步骤：在基片制程之后，往腔室中通入第一气体，并连接射频能量产生等离子体，以在所述腔室表面沉积不含氟的聚合物层。
4.根据权利要求3所述的清洁方法，其特征在于，在静电夹盘表面沉积的不含氟的聚合物层厚度大于腔体侧壁和上电极的不含氟的聚合物层厚度。
5.根据权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，所述步骤b还包括如下步骤：往腔室中通入清洁气体，并连接射频能量产生等离子体，首先清除腔体侧壁和上电极的不含氟的聚合物层，再清除静电夹盘上表面的不含氟的聚合物层。
6.根据权利要求3所述的清洁方法，其特征在于，所述第一气体为COS/N2，CO/H2，CO/NH3，CH4，C2H2，C2H4，C2H6，C3H6，C3H8,C4H10。
7.根据权利要求6所述的清洁方法，其特征在于，所述第一气体与N2和/或NH3混合。
8.根据权利要求7所述的清洁方法，其特征在于，当所述第一气体为C2H4时，腔室内压力值为500mt，C2H4的流量为250sccm，射频功率源的功率为750W、频率为60Mhz，执行时间的取值范围为8到15秒。
9.根据权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，所述步骤b的执行时间为20～25秒。
10.根据权利要求9所述的清洁方法，其特征在于，所述不含氟的聚合物层的厚度由终点检测的方法来控制。
11.根据权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，所述步骤b之后还包括如下步骤c：将清洁冗余用真空泵抽出腔室。
12.根据权利要求11所述的清洁方法，其特征在于，在所述步骤c之后还包括如下步骤d:将基片传输入所述腔室，并对基片进行制程。
13.根据权利要求1所述的清洁方法，其特征在于，在所述步骤a之前还包括：对基片执行制程的步骤。
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