CN106920727A - 等离子体处理装置及其清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体处理装置的清洗方法，包括处理腔体内的部件清洗步骤及升降顶针表面的清洗步骤，施加射频功率源至基座，向处理腔体内引入清洗用反应气体，射频功率将清洗用反应气体激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗；施加交流电源至静电夹盘内的夹持电极，并将基座接地，向处理腔体内引入清洗用反应气体，清洗用反应气体在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗；所述处理腔体内的部件清洗步骤和升降顶针表面的清洗步骤顺序可换。本发明利用介质阻挡放电的办法（DBD）在升降顶针周围形成局域性的等离子体，可以有效的清洗附着在升降顶针上的聚合物。

Description

等离子体处理装置及其清洗方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理装置及其清洗方法，具体是指一种能有效清洗升降顶针的清洗方法及相应的等离子体处理装置，属于等离子体处理技术领域。
背景技术
在晶圆刻蚀过程中，处理腔体常常会堆积大量的聚合物（polymers），为了稳定处理腔体环境，常用的做法是定期通入氧气成型氧等离子体从而移除聚合物，达到清洗处理腔体的目的。但是定期的氧等离子很难清洗到升降顶针沟槽。
如图1所示，基座101通过一匹配电路102连接至射频功率电源103，夹持电极104埋设在静电夹盘105内，并且夹持电极104连接至高压直流电源106，升降顶针107竖向穿过基座101和静电夹盘105，并分别与基座101和静电夹盘105之间留有间隙（升降顶针沟槽）。由于升降顶针107的直径只有几个mm，氧等离子体108很难进入升降顶针沟槽，附着在升降顶针107上的聚合物109难以清洗，造成升降顶针107表面的变性。在后续的刻蚀过程中在高功率射频情况下容易形成升降顶针沟槽内的放电，造成升降顶针损害和晶圆良率下降等弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置及其清洗方法，利用介质阻挡放电的办法（DBD）在升降顶针周围形成局域性的等离子体，可以有效的清洗附着在升降顶针上的聚合物，防止在刻蚀过程中由于聚合物造成升降顶针沟槽放电和损伤。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种等离子体处理装置，其特点是，包含：
处理腔体；
所述处理腔体内的底部设有基座；
所述基座的上方设有静电夹盘，所述静电夹盘用于承载晶圆；
升降顶针，竖向穿过所述基座与所述静电夹盘，并与基座及静电夹盘分别留有间隙，所述间隙作为升降顶针的通道；
所述静电夹盘内部埋设有夹持电极；
所述处理腔体内的顶部设有与夹持电极对应的上电极，所述上电极接地；
所述夹持电极上可选择施加有交流电源或高压直流电源中的一个，当所述夹持电极上施加有高压直流电源时，所述夹持电极上产生静电吸力，用于夹持固定静电夹盘上的晶圆，当所述夹持电极上施加有交流电源时，所述交流电源用于在所述升降顶针的通道内产生清洗等离子体。
所述的高压直流电源的输出电压范围为-9000V~9000V。
所述的交流电源的输出电压的幅值为100V～20kV，频率为1kHz～1MHz。
所述夹持电极通过第一继电器选择性的连接至高压直流电源或交流电源中一个。
所述的等离子体处理装置还包含一与基座连接的匹配电路，所述匹配电路包含一第二继电器，所述第二继电器用于将基座选择连接至地或射频功率电源中一个。
所述的基座上施加射频功率电源，所述的夹持电极上施加高压直流电源，并向处理腔体内引入刻蚀用反应气体时，刻蚀用反应气体被激发为刻蚀等离子体，以对设置在静电夹盘上方的晶圆进行刻蚀。
所述的基座上施加射频功率电源，所述第一继电器断开，并向处理腔体内引入清洗用反应气体时，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗。
所述的基座接地，所述上电极上施加交流电源，并向处理腔体内引入清洗用反应气体时，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗。
一种等离子体处理装置的清洗方法，用于晶圆刻蚀结束并移出处理腔体后，其特点是，所述清洗方法包括处理腔体内的部件清洗步骤及升降顶针表面的清洗步骤，
处理腔体内的部件清洗步骤，施加射频功率源至基座，向处理腔体内引入清洗用反应气体，所述射频功率将清洗用反应气体激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗；
升降顶针表面的清洗步骤，施加交流电源至静电夹盘内的夹持电极，并将基座接地，向处理腔体内引入清洗用反应气体，清洗用反应气体在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗；
所述处理腔体内的部件清洗步骤和升降顶针表面的清洗步骤顺序可换。
所述的施加交流电源至夹持电极是通过一与所述夹持电极电路连接的第一继电器实现的，所述第一继电器可将夹持电极选择连接至高压直流电源或交流电源中一个。
所述的高压直流电源的输出电压范围为-9000V~9000V。
所述的交流电源的输出电压的幅值为100V～20kV，频率为1kHz～1MHz。
所述的将基座接地是通过一与所述基座电路连接的匹配电路实现的，所述匹配电路包含一第二继电器，所述第二继电器可将基座选择连接至地或射频功率电源中一个。
本发明一种等离子体处理装置及其清洗方法与现有技术相比具有以下优点：通过对埋设在静电夹盘内的夹持电极施加交流电源，以在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，对升降顶针达到局部增强的清洗效果；由于所形成的局部DBD等离子体会产生大量化学活性粒子或基团，因此其对升降顶针的表面进行的是化学清洗，并且对升降顶针表面的损伤较小，不影响其他部件。
附图说明
图1为现有技术中的等离子体处理装置；
图2为本发明中的一种等离子体处理装置。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图2所示，一种等离子体处理装置，包含：处理腔体；所述处理腔体内的底部设有基座201（材质为铝）；所述基座201的上方设有静电夹盘202，静电夹盘202用于承载晶圆；升降顶针203，竖向穿过所述基座201与静电夹盘202，并与基座201及静电夹盘202分别留有间隙，所述间隙作为升降顶针203的通道；所述静电夹盘202内部埋设有夹持电极204；所述处理腔体201内的顶部设有与夹持电极204对应的上电极205，所述上电极204接地；所述夹持电极204上可选择施加有交流电源AC或高压直流电源HV中的一个，当所述夹持电极204上施加有高压直流电源HV时，所述夹持电极204上产生静电吸力，用于夹持固定静电夹盘202上的晶圆，当所述夹持电极204上施加有交流电源AC时，所述交流电源AC用于在所述升降顶针203的通道内产生清洗等离子体。
在本实施例中，所述的高压直流电源HV的输出电压范围为-9000V~9000V；所述的交流电源AC的输出电压的幅值为100V～20kV，频率为1kHz～1MHz。
在本发明的较佳实施例中，所述夹持电极204上可选择施加有交流电源AC或高压直流电源HV中的一个，是通过电路连接设置一第一继电器208实现，所述第一继电器208可将夹持电极204选择连接至高压直流电源HV或交流电源AC中一个；在本发明的优选实施例中，还包含一与基座201电路连接的匹配电路209，所述匹配电路209包含一第二继电器2091，所述第二继电器2091可将基座201选择连接至地或射频功率电源RF中一个。
在本发明中的刻蚀工艺中，将夹持电极204通过第一继电器208选择与高压直流电源HV连接，此时，高压直流电源通过夹持电极204在静电夹盘表面产生一静电吸力，将晶圆固定在静电夹盘上表面。向基座201上施加射频功率电源RF，并向处理腔体内引入刻蚀用反应气体时，射频功率源在上电极205与基座之间激发的电场将刻蚀用反应气体激发为刻蚀等离子体，所述刻蚀等离子体对固定在静电夹盘202上方的晶圆进行刻蚀。
刻蚀工艺结束后，断开第一继电器208与高压直流电源的连接，静电夹盘与晶圆之间的静电吸力解除，用升降顶针203将晶圆托起至一定高度，配合设置在处理腔室外部的机械手将晶圆移出至处理腔体外。由于在刻蚀工艺中反应副产物会在处理腔体的多个部件中进行沉积，影响这些部件的工艺特性，为了保证后续晶圆的加工环境的一致性，每片晶圆刻蚀完成后，需要对处理腔体进行清洗。清洗处理腔体的方法为向处理腔体内引入清洗反应气体，并向基座201上施加射频功率电源RF，射频功率源将清洗反应气体激发为清洗等离子体，对反应腔内暴露在清洗等离子体中的部件进行清洗。上述清洗方法可以实现对反应腔内大部分部件的清洗，然而，对于一些难以清洗的部件，如升降顶针，由于升降顶针在完成晶圆的移出后需要恢复到原来的位置，而升降顶针所在的通道直径较小，通常只有几个毫米，清洗等离子体很难对附着在升降顶针上的沉积物进行清洗。
为了能对升降顶针进行有效清洗，在本发明中，将基座201接地，所述夹持电极204上施加交流电源AC，并向处理腔体内引入清洗用反应气体时，施加到夹持电极上的交流电源在升降顶针所在的狭小通道内进行放电，将清洗气体解离为介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）等离子体，DBD等离子体在升降顶针所在的通道内存在，以对升降顶针203的表面进行局部增强的等离子体清洗。
结合上述的等离子体处理装置，为了彻底清洗等离子体处理装置内部的部件，本发明公开了一种等离子体处理装置的清洗方法，包括清洗升降顶针的表面步骤以及对整个处理腔体内的部件进行清洗步骤。
清洗升降顶针的表面包含以下步骤包含：
施加交流电源至静电夹盘内的夹持电极，并将基座接地，向处理腔体内引入清洗用反应气体，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗。
对整个处理腔体内的部件进行清洗的步骤包含：
施加射频功率电源至基座，引入清洗用反应气体，将清洗用反应气体激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗，此时与夹持电极连接的第一继电器为断开状态。
本发明中公开的等离子体处理装置，可以进行刻蚀工艺和清洗工艺，上述清洗升降顶针步骤和清洗处理腔体内部件的步骤顺序可以互换，两个清洗步骤均在刻蚀工艺结束并将晶圆移出处理腔体后进行。
由于夹持电极204是包含在静电夹盘202里，静电夹盘202形成介质阻挡层；如果在处理腔体中通入清洗用反应气体（氧气），那么在夹持电极204与基座201之间就会形成典型的DBD放电，氧气放电产生的氧原子或者臭氧原子具有强氧化性可以很有效的清洗吸附在升降顶针203上的聚合物207，由于DBD放电的局部性，DBD等离子体206只会在沟槽内形成，不会影响其他部件。
本发明等离子体处理装置的工作过程如下：
刻蚀步骤；施加高压直流电源至夹持电极，施加射频功率电源至基座，并向处理腔体内引入刻蚀用反应气体时，刻蚀用反应气体被激发为刻蚀等离子体，可对设置在静电夹盘上方的晶圆进行刻蚀；
刻蚀工艺完成后，断开夹持电极连接的高压直流电源，实现晶圆的去夹持后将刻蚀完成后的晶圆取出，然后在处理腔体内引入清洗用反应气体；
整个处理腔体内的部件进行清洗的步骤：继续施加射频功率电源至基座，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗，此时与夹持电极连接的第一继电器为断开状态；
而本发明选择的交流电源频率为低于1MHz，产生的为非连续放电的等离子体，且等离子体密度较低，鞘层效应较弱，使清洁等离子体与升降顶针表面的相互作用以活性粒子的化学反应为主，对升降顶针表面的物理损伤小。
单独清洗升降顶针表面的步骤：将基座接地，施加交流电源至夹持电极，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗；其中整个处理腔体内的部件进行清洗的步骤与单独清洗升降顶针表面的步骤可以互换；即可以先清洗升降顶针的表面再对处理腔体内的各部件进行清洗；或者先对处理腔体内的各部件进行清洗再对升降顶针的表面进行清洗。
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)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包含：
处理腔体；
所述处理腔体内的底部设有基座；
所述基座的上方设有静电夹盘，所述静电夹盘用于承载晶圆；
升降顶针，竖向穿过所述基座与所述静电夹盘，并与基座及静电夹盘分别留有间隙，所述间隙作为升降顶针的通道；
所述静电夹盘内部埋设有夹持电极；
所述处理腔体内的顶部设有与夹持电极对应的上电极，所述上电极接地；
所述夹持电极上可选择施加有交流电源或高压直流电源中的一个，当所述夹持电极上施加有高压直流电源时，所述夹持电极上产生静电吸力，用于夹持固定静电夹盘上的晶圆，当所述夹持电极上施加有交流电源时，所述交流电源用于在所述升降顶针的通道内产生清洗等离子体。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的高压直流电源的输出电压范围为-9000V~9000V。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的交流电源的输出电压的幅值为100V～20kV，频率为1kHz～1MHz。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述夹持电极通过第一继电器选择性的连接至高压直流电源或交流电源中一个。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，进一步包含一与基座连接的匹配电路，所述匹配电路包含一第二继电器，所述第二继电器用于将基座选择连接至地或射频功率电源中一个。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的基座上施加射频功率电源，所述的夹持电极上施加高压直流电源，并向处理腔体内引入刻蚀用反应气体时，刻蚀用反应气体被激发为刻蚀等离子体，以对设置在静电夹盘上方的晶圆进行刻蚀。
7.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的基座上施加射频功率电源，所述第一继电器断开，并向处理腔体内引入清洗用反应气体时，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗。
8.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述的基座接地，所述上电极上施加交流电源，并向处理腔体内引入清洗用反应气体时，清洗用反应气体被激发为清洗等离子体，在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗。
9.一种等离子体处理装置的清洗方法，用于晶圆刻蚀结束并移出处理腔体后，其特征在于，所述清洗方法包括处理腔体内的部件清洗步骤及升降顶针表面的清洗步骤，
处理腔体内的部件清洗步骤，施加射频功率源至基座，向处理腔体内引入清洗用反应气体，所述射频功率将清洗用反应气体激发为清洗等离子体，以对处理腔体内的各部件进行等离子体清洗；
升降顶针表面的清洗步骤，施加交流电源至静电夹盘内的夹持电极，并将基座接地，向处理腔体内引入清洗用反应气体，清洗用反应气体在升降顶针的通道内形成局部DBD等离子体，以对升降顶针的表面进行局部增强的等离子体清洗；
所述处理腔体内的部件清洗步骤和升降顶针表面的清洗步骤顺序可换。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置的清洗方法，其特征在于，所述的施加交流电源至夹持电极是通过一与所述夹持电极电路连接的第一继电器实现的，所述第一继电器可将夹持电极选择连接至高压直流电源或交流电源中一个。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置的清洗方法，其特征在于，所述的高压直流电源的输出电压范围为-9000V~9000V。
12.如权利要求9或10所述的等离子体处理装置的清洗方法，其特征在于，所述的交流电源的输出电压的幅值为100V～20kV，频率为1kHz～1MHz。
13.如权利要求10所述的等离子体处理装置的清洗方法，其特征在于，所述的将基座接地是通过一与所述基座电路连接的匹配电路实现的，所述匹配电路包含一第二继电器，所述第二继电器可将基座选择连接至地或射频功率电源中一个。
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