CN104576305A

CN104576305A - 自清洁真空处理腔室

Info

Publication number: CN104576305A
Application number: CN201310505301.5A
Authority: CN
Inventors: 张力; 贺小明; 李俊良; 倪图强
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai; Advanced Micro Fabrication Equipment Inc
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-29
Also published as: TWI513496B; TW201529141A

Abstract

本发明提供了一种自清洁真空处理腔室，其中，所述真空处理腔室包括一腔体，基片放置于腔体之中进行制程，所述腔体内部区域上设置有二氧化钛涂层。其中，所述二氧化钛涂层用于对腔体内部产生的聚合物污染层进行去除。本发明提供的真空处理腔室及其自清洁方法能够有效去除腔体内部的聚合物污染层，使得聚合物污染层在腔体内壁表面难以沉积，能够对已沉积的聚合物污染层进行降解，并使已沉积的聚合物污染层的附着性变差。

Description

自清洁真空处理腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种自清洁真空处理腔室。

背景技术

真空处理腔室在对基片执行制程以后会在反应腔体内部形成多余的固态副产品沉积物污染（如含碳氢的有机物或者金属及其化合物等），这些沉积物沉积在反应腔体内部（特别是腔体内壁），造成工艺偏差（process drift）、性能下降，并且容易在后续制程过程中在基片表面形成颗粒等杂质，这些杂质会影响后续工艺。因此，在使用过程中，需要对真空处理腔室进行清洁，以去除反应腔体内部的沉积物，进而提高制程质量，并延缓真空处理腔室的使用寿命。

现有技术中去除真空处理腔室内部的沉积物一般采用手动去除的方式，即工程师打开反应腔体之后手动抠除或者利用刷子等工具刷除腔体内壁等处的沉积物。但是，这种清洁方法生产率低，可重复性差，清洁效率不高。

现有技术的清洁方式还包括：在基片在真空处理腔室中执行制程完毕之后，将基片移出反应腔体。然后在没有基片放置的真空处理腔室中通入清洁气体（例如氧气等），再耦合射频能量点燃清洁气体形成真空以对腔体内壁等区域进行轰击，从而达到去除聚合物污染的目的。然而，这样的清洁方式必须将制程过程和清洁过程完全分开，真空处理腔室在执行完基片制程以后必须将基片移出腔体才能进行专门的清洁处理。这样的清洁方式效率较低。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种自清洁真空处理腔室。

本发明提出了一种能够自清洁的真空处理腔室，其中，所述真空处理腔室包括一腔体，基片放置于腔体之中进行制程，其特征在于，所述腔体内部区域上设置有二氧化钛涂层。

进一步地，所述二氧化钛涂层用于对腔体内部产生的聚合物污染层进行去除。

进一步地，所述聚合物污染层的厚度取值范围小于2nm。

进一步地，所述二氧化钛涂层的厚度的取值范围为20mm～80mm。

进一步地，所述二氧化钛涂层设置于腔体表面的方法包括：化学气相沉积、等离子体喷涂、反应溅射、溶胶凝胶、液相沉积。

进一步地，若采用化学气相沉积方法制备所述二氧化钛涂层，在化学气相沉积机台内通入O₂、TiCl₄并耦合射频能量使其激发成为等离子体。

进一步地，所述化学气相沉积等离子体处理腔室内的高频输出为320W，反应温度为110℃。

进一步地，所述腔体内部区域包括腔体内壁、气体喷淋头、基台。

进一步地，当所述聚合物污染层的厚度取值范围大于2nm，打开所述真空处理腔室的腔体进行人工去除。

进一步地，当所述聚合物污染层的厚度取值范围大于2nm，向真空处理腔室内通入清洁气体并耦合射频能量，使得所述清洁气体产生等离子体对所述聚合物污染层进行去除。

进一步地，所述清洁气体包括氧气。

进一步地，所述真空处理腔室包括等离子体刻蚀机台、化学气相沉积机台、MOCVD机台。

本发明提供的真空处理腔室及其自清洁方法能够有效去除腔体内部的聚合物污染层，使得聚合物污染层在腔体内壁表面难以沉积，能够对已沉积的聚合物污染层进行降解，并使已沉积的聚合物污染层的附着性变差。本发明能够提高真空处理腔室的使用寿命，节约了成本。

附图说明

图1是等离子体处理腔室的结构示意图；

图2是根据本发明一个具体实施例的等离子体处理腔室的结构示意图；

图3是根据本发明一个具体实施例的等离子体处理腔室的结构示意图。

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。

本文将结合等离子体处理腔室（典型地为刻蚀机台）对本发明进行说明。但是，本领域技术人员应当理解，本发明适用于等离子体刻蚀机台、化学气相沉积机台、MOCVD机台等。

图1是等离子体处理腔室的结构示意图。等离子体处理腔室100具有一个处理腔体102，处理腔体102基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直，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102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102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102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102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。

本发明提供了一种能够自清洁的等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室包括一腔体，基片放置于腔室之中进行制程，其中，所述腔室的侧壁上设置有二氧化钛涂层，所述二氧化钛涂层用于对腔体内部产生的聚合物污染层进行去除。图2示出了根据本发明一个具体实施例的等离子体处理腔室的结构示意图，如图所示，理论上在未对基片执行制程的崭新的等离子体处理腔室100的上电极109和处理腔体102的侧壁上分别设置一层二氧化钛涂层m。需要说明的是，本实施例是本发明的一个优选实施例，仅用于示例性地说明本发明。本领域技术人员应当理解，二氧化钛涂层m不仅可以设置于等离子体处理腔室100的上电极109和处理腔体102的侧壁上，还可以设置于等离子体处理腔室100的其他任何区域。具体地，只要是在等离子体处理腔室100内部可能生长聚合物污染的区域都可以设置二氧化钛涂层m。至于二氧化钛涂层m具体设置在哪些区域，工程师可以根据具体制程需要进行设置。因此，本实施例的二氧化钛涂层m的设置区域不应示为对本发明的任何限制。

参见图3，等离子体处理腔室100在对基片W进行制程（例如刻蚀或者沉积）的过程中，将反应气体通入腔室内部并耦合射频能量激发反应气体产生等离子体。所述反应气体包括碳、氟、氢及金属等，包括这些反应元素的反应粒子不仅会按照垂直方向对放置于基台106表面的基片W进行制程，还会粘附在腔体内壁，形成聚合物污染。如图3所示，在基片W制程过程中形成的聚合物污染层n粘附在二氧化钛涂层m上。

二氧化钛具有“光催化”的特性。1975年，S.N.Frank等发表了二氧化钛在光照条件下课将水中氰化物分解成氮氧化合物和水的研究报告，这一发现使科学家们相信，二氧化钛将在解决环境污染问题方面发挥重要的作用。美国环保局（USEPA）公布的一项研究结果显示，在潮湿及自然光照条件下，二氧化钛可将114种对环境构成污染的有机污染物光催化降解成二氧化碳、水和无毒害的有机氧化物。因此，二氧化钛被认为是到目前为止最有效的光催化半导体，同时也是应用最广泛的光催化降解材料。

本发明正是利用二氧化碳的光催化特性，将二氧化碳事先涂覆于腔体102内壁上，再利用反应气体激发等离子体过程中产生的可见光使得二氧化碳被光催化，产生一定量的电子空穴对。

TiO₂+hv→e^-+h⁺

其中，hv表示反应气体激发等离子体过程中产生的光能，e^-表示电子，h⁺表示空穴。其中，电子起到还原作用，空穴起到氧化作用。电子和空穴的共同作用使得聚合物污染层n在腔体102的表面难以沉积，通过氧化还原作用降解已经沉积的聚合物污染层n，并且进一步地使得聚合物污染层n的附着性变差。因此，二氧化钛涂层m能够有效去除等离子体处理腔室100的腔体102的聚合物污染层n。

需要说明的是，图3示出了腔体102内壁首先涂覆二氧化钛涂层m，而后在基片W制程过程中产生了聚合物污染层n将所述二氧化钛涂层m完全覆盖的情况。本领域技术人员应当理解，聚合物污染层n的厚度为2nm时，二氧化钛涂层m仍然可以透过聚合物污染层n得到光催化，由此可以在聚合物污染层n和二氧化钛涂层m之间产生电子空穴对以对聚合物污染层n进行去除。

然而，在实际的制程中，聚合物污染层n是慢慢沉积的，聚合物污染层n可能首先在腔体102内壁的某一区域积累，而在腔体102内壁的其他区域还几乎没有聚合物污染层n积累。因此，在这种情况下，不仅聚合物污染层n下层的二氧化钛涂层m可以对其进行讲解，在其他没有聚合物污染层n覆盖并且直接曝露于等离子体中的二氧化钛涂层m也可以直接光催化，并产生电子空穴对对该聚合物污染层n进行降解。因此，在上述情况下，即使是聚合物污染层n的厚度超过2nm仍然可以进行有效降解。

此外，即使聚合物污染层n的厚度超过2nm，本发明仍可以结合人工去除的方式对该聚合物污染层n进行去除。人工去除的方法加上二氧化钛的光催化作用，仍然可以提高聚合物污染层n的去除效率。

需要说明的是，在等离子体处理腔室100的实际制程中，一般是腔室制程超过200到300个小时即会打开腔体进行一次聚合物污染层n去除。由于二氧化钛涂层m的存在，聚合物污染层n的附着较没有涂覆二氧化钛涂层m的等离子体处理腔室100差，因此也更容易去除。

进一步地，在本发明的优选实施例中，所述聚合物污染层的厚度取值范围小于2nm，例如0.5nm、0.65nm、0.991nm、1nm、1.21nm、1.35nm、1.5nm、1.61nm、1.67nm、1.78nm、1.89nm、2nm等。

进一步地，所述二氧化钛涂层的厚度的取值范围为20mm～80mm，例如21nm、25nm、32nm、40nm、45nm、48nm、50nm、51nm、54nm、58nm、60nm、65nm、70nm、73nm、78nm等。其中，所述二氧化钛涂层应该是消耗型的，即当腔体内部的二氧化钛涂层消耗殆尽可以重新对腔体内壁生长二氧化钛涂层。

进一步地，所述二氧化钛通过设置于腔体表面的方法包括：化学气相沉积、等离子体喷涂、反应溅射、溶胶凝胶、液相沉积。

其中，若采用化学气相沉积方法制备，在化学气相沉积机台内通入O₂、TiCl₄并耦合射频能量使其激发成为真空。并且，所述化学气相沉积等离子体处理腔室内的高频输出为320W、反应温度为110℃。

可选地，当所述聚合物污染层的厚度取值范围大于2nm，向真空处理腔室内通入清洁气体并耦合射频能量，使得所述清洁气体产生等离子体对所述聚合物污染层进行去除。其中，所述清洁气体包括氧气。

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

1.一种能够自清洁的真空处理腔室，其中，所述真空处理腔室包括一腔体，基片放置于腔体之中进行制程，其特征在于，所述腔体内部区域上设置有二氧化钛涂层。

2.根据权利要求1所述的真空处理腔室，其特征在于，所述二氧化钛涂层用于对腔体内部产生的聚合物污染层进行去除。

3.根据权利要求2所述的真空处理腔室，其特征在于，所述聚合物污染层的厚度取值范围小于2nm。

4.根据权利要求2所述的真空处理腔室，其特征在于，所述二氧化钛涂层的厚度的取值范围为20mm～80mm。

5.根据权利要求2所述的真空处理腔室，其特征在于，所述二氧化钛涂层设置于腔体表面的方法包括：化学气相沉积、等离子体喷涂、反应溅射、溶胶凝胶、液相沉积。

6.根据权利要求5所述的真空处理腔室，其特征在于，若采用化学气相沉积方法制备所述二氧化钛涂层，在化学气相沉积机台内通入O₂、TiCl₄并耦合射频能量使其激发成为等离子体。

7.根据权利要求6所述的真空处理腔室，其特征在于，所述化学气相沉积等离子体处理腔室内的高频输出为320W，反应温度为110℃。

8.根据权利要求2所述的真空处理腔室，其特征在于，所述腔体内部区域包括腔体内壁、气体喷淋头、基台。

9.根据权利要求2所述的真空处理腔室，其特征在于，当所述聚合物污染层的厚度取值范围大于2nm，打开所述真空处理腔室的腔体进行人工去除。

10.根据权利要求2所述的真空处理腔室，其特征在于，当所述聚合物污染层的厚度取值范围大于2nm，向真空处理腔室内通入清洁气体并耦合射频能量，使得所述清洁气体产生等离子体对所述聚合物污染层进行去除。

11.根据权利要求10所述的真空处理腔室，其特征在于，所述清洁气体包括氧气。

12.根据权利要求1所述的真空处理腔室，其特征在于，所述真空处理腔室包括等离子体刻蚀机台、化学气相沉积机台、MOCVD机台。