CN108054115B - 刻蚀腔体的聚合物清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刻蚀腔体的聚合物清洁方法，包括步骤：步骤一、收集刻蚀腔体的前批次晶圆的透光率；步骤二、根据收集到的透光率计算刻蚀腔体的自清洁工艺的参数；步骤三、根据设定的参数进行刻蚀腔体的自清洁工艺；步骤四、进行后批次晶圆的刻蚀工艺。本发明能实现对刻蚀腔体的聚合物的良好清洁，消除刻蚀腔体的聚合物积累，从而能消除首枚效应，提高产品良率。

Description

刻蚀腔体的聚合物清洁方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种刻蚀腔体的聚合物清洁方法。
背景技术
随着集成电路技术进入超大规模集成电路时代，集成电路的工艺尺寸向着65nm以及更小尺寸的结构发展，同时对晶圆制造工艺提出了更高更细致的技术要求。
在大规模晶圆制造过程中需要采用到干法刻蚀，干法刻蚀工艺需要在刻蚀腔体中进行，随着晶圆加工数量的不断增加，刻蚀腔体的内部环境会随之发生变化，即前一片或批晶圆对后一片或批晶圆有着某种程度的影响，具有记忆效应。其中，晶圆通常是指硅晶圆，一批晶圆通常是指放置在同一晶圆盒中的多片晶圆且同一批次晶圆在进行刻蚀工艺时会连续依次进行。对于不同晶圆批次之间的记忆效应主要表现为，在前批次晶圆的刻蚀工艺依次完成之后，如果直接进行后批次晶圆，则后批次晶圆会受到影响，特别是刻蚀腔体会对后批次晶圆的第一枚作业的晶圆产生较大影响，通常称为首枚效应，这种影响是不利于晶圆生产不利，故需要采用方法克服记忆效应对刻蚀工艺的影响。
刻蚀腔体的这种记忆效应其中主要体现在聚合物的堆积，即在刻蚀腔壁上不断累积聚合物，聚合物的类型会根据等离子体反应物和反应产物的不同而有所不同，主要分为无机聚合物和有机聚合物等。目前对于刻蚀工艺过程中聚合物在刻蚀腔壁的堆积引起的记忆效应的研究在工业上已给出了多种措施且已经具有很好的改善效果，其中使用最广泛的如无晶圆自动干法蚀刻清洁方法(Wafer-less Auto-Cleaning，WAC)通常使用含氟气体如NF3去除无机类聚合物，使用O2去除有机类聚合物并在清洁之后的刻蚀腔体内壁上沉淀一层类似二氧化硅的聚合物，这些WAC步骤能有效抑制腔体的记忆效应。
无晶圆自清洁工艺对每个批次作业晶圆产生相同量的聚合物清洁效果非常有效，只要设定一个足够清洁的时间就可以完成批次晶圆间的清洁，但是对于每批次晶圆产生不同量聚合物的清洁该方法就存在很多弊处，如果清洁不充分会导致聚合物不断积累，当积累到一定程度时会产生缺陷源头，如果清洁量过大，会导致等离子体不断侵蚀到腔体内壁部件，损伤部件的同时也会溅射出缺陷源。
在实际的等离子刻蚀过程中，由于设计的需要，会采用同一刻蚀程式刻蚀不同光刻透光率层次，透光率是指对应光刻层光刻胶在曝光时的透光率，而当光刻胶的材料相同时，光刻胶对应的曝光面积不同透光率也会不同，在此处同一刻蚀程式对应的不同光刻透光率层次的透光率是指对应光刻工艺光刻胶曝光时的面积，而由于光刻透光率的差异使得在刻蚀过程中暴露刻蚀面积不一样，从而产生的聚合物量也会有差异，这使得现有刻蚀腔体的聚合物清洁方法时容易产生聚合物累积。其中，刻蚀设备是通过程序自动控制刻蚀工艺的，刻蚀程式是指刻蚀设备中刻蚀工艺对应的程序。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种刻蚀腔体的聚合物清洁方法，能实现对刻蚀腔体的聚合物的良好清洁，消除刻蚀腔体的聚合物积累，从而能消除首枚效应，提高产品良率。
为解决上述技术问题，本发明提供的刻蚀腔体的聚合物清洁方法包括如下步骤：
步骤一、收集刻蚀腔体的前批次晶圆的透光率。
步骤二、在后批次晶圆的刻蚀工艺之前，根据收集到的所述前批次晶圆的透光率计算所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数，利用所述前批次晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的相关性使所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节到能消除所述后批次晶圆的首枚晶圆的关键尺寸的漂移。
步骤三、根据步骤二中设定的参数进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺，实现对所述刻蚀腔体的腔壁上的聚合物的清洁。
步骤四、进行所述后批次晶圆的刻蚀工艺。
进一步的改进是，步骤一中的透光率是指对应光刻层光刻胶在曝光时的透光率。
进一步的改进是，在步骤一之前还包括步骤：建立晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的第一关系式和对应的第一关系曲线的步骤。
进一步的改进是，所述前批次晶圆的刻蚀工艺和所述后批次晶圆的刻蚀工艺相同。
进一步的改进是，对每一种所述刻蚀工艺都建立对应的所述第一关系式和所述第一关系曲线；各种所述刻蚀工艺对应的步骤二中都按照对应的所述第一关系式或所述第一关系曲线进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的调整。
进一步的改进是，所述前批次晶圆的透光率和所述后批次晶圆的透光率相同。
或者，所述前批次晶圆的透光率和所述后批次晶圆的透光率不相同，此时，步骤二中需要将所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节到能消除聚合物的累积从而能消除所述后批次晶圆的首枚晶圆的关键尺寸的漂移。
进一步的改进是，所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数包括：工艺时间，工艺气体流量。
进一步的改进是，所述第一关系式为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺时间之间的关系式，所述第一关系曲线为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺时间之间的关系曲线。
或者，所述第一关系式为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体流量之间的关系式，所述第一关系曲线为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体流量之间的关系曲线。
进一步的改进是，所述第一关系曲线包括线性区间和饱和区间。
进一步的改进是，所述线性区间为所述刻蚀工艺的工艺窗口覆盖的区间，步骤二中所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数在所述线性区间内调节。
进一步的改进是，步骤二中采用先进过程控制系统自动收集所述前批次晶圆的透光率。
进一步的改进是，步骤二中采用先进过程控制系统自动进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节。
进一步的改进是，所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体包括含氟气体，氧气。
进一步的改进是，所述含氟气体包括NF3。
进一步的改进是，各批次晶圆的关键尺寸为65nm以下。
本发明将对刻蚀腔体的聚合物清洁和前批次晶圆的透光率相关，且是通过收集前批次晶圆的透光率之后再根据收集到的前批次晶圆的透光率进行刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的调节，这样不管不同批次之间的晶圆的透光率如何变化，本发明都能实现对刻蚀腔体的腔壁上的聚合物的良好清洁，从而能防止刻蚀腔体的腔壁上聚合物的累积，防止出现首枚效应，使晶圆的关键尺寸得到很好的控制，从而能提高产品的良率。
本发明特别适用于在同一刻蚀工艺刻蚀不同透光率的晶圆的场合，由于本发明的自清洁工艺的参数直接和前批次晶圆的透光率相关，所以当晶圆的透光率改变时，对应的后续自清洁工艺的参数也随之改变，从而总能实现对刻蚀腔体的腔壁上聚合物的良好清洁；而现有方法的刻蚀腔体对应的自清洁工艺则没有和晶圆的透光率相关，故晶圆透光率改变时，现有方法无法实现对自清洁工艺进行相应的参数修改，使得聚合物的去除效果不好，不可避免会产生聚合物的累积。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例刻蚀腔体的聚合物清洁方法的流程图；
图2是本发明实施例方法的第一关系曲线的一个实例；
图3A是现有方法对应的多片晶圆的关键尺寸的测试结果的统计图；
图3B是根据图3A的测试结果进行首枚晶圆和非首枚晶圆的统计分析图；
图4A是本发明实施例方法对应的多片晶圆的关键尺寸的测试结果的统计图；
图4B是根据图4A的测试结果进行首枚晶圆和非首枚晶圆的统计分析图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例刻蚀腔体的聚合物清洁方法的流程图；本发明实施例刻蚀腔体的聚合物清洁方法包括如下步骤：
在步骤一之前进行步骤：建立晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的第一关系式和对应的第一关系曲线的步骤。
本发明实施例方法对应的所述前批次晶圆的刻蚀工艺和所述后批次晶圆的刻蚀工艺相同。即由于相同的刻蚀工艺对应的刻蚀程式相同，故本发明实施例方法是采用相同的刻蚀程式来实现对不同批次的晶圆的刻蚀。
对每一种所述刻蚀工艺都建立对应的所述第一关系式和所述第一关系曲线。由于在具体到实际晶圆的刻蚀时刻蚀工艺是确定的，这时选择实际晶圆对应的刻蚀工艺的所述第一关系式和所述第一关系曲线。但是在建立所述第一关系式和所述第一关系曲线需要覆盖各种不同的刻蚀工艺对应的所述第一关系式和所述第一关系曲线，这样能方便实际晶圆在刻蚀时进行选取。后续的各种所述刻蚀工艺对应的步骤二中都按照对应的所述第一关系式或所述第一关系曲线进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的调整。
所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数包括：工艺时间，工艺气体流量。所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体包括含氟气体，氧气。所述含氟气体包括NF3。
所述第一关系式为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺时间之间的关系式，所述第一关系曲线为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺时间之间的关系曲线。或者，所述第一关系式为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体流量之间的关系式，所述第一关系曲线为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体流量之间的关系曲线。
所述第一关系曲线包括线性区间和饱和区间。所述线性区间为所述刻蚀工艺的工艺窗口覆盖的区间，步骤二中所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数在所述线性区间内调节。线性区间为可调节区间，饱和区间超出刻蚀程式即所述刻蚀工艺应用区间，即不可用该刻蚀程式进行作业。
如图2所示，是本发明实施例方法的第一关系曲线的一个实例，标记101对应于不同的透光率和自清洁工艺的工艺时间对应的测试结果，将标记101对应的测试点连接起来即为第一关系曲线，对第一关系曲线进行线性拟合得到拟合线102，图2中标出了拟合线102对应的拟合公式，该拟合公式即为第一关系式，
由图2所示可知，第一关系式为：Y＝23.844X-787.34，确定系数R2＝0.9609，R2的值接近于1，表示拟合程度较好；第一关系式中，X为透光率％，Y为自清洁工艺时间S。
图2所示的曲线是在现有工艺条件下建立的，包括了3个区间；区间一位于AA线的左侧，区间二位于AA线和BB线之间，区间三位于BB线右侧。上述的拟合线102位于区间二中。区间二对应于一个刻蚀程式窗口覆盖的区间内，该区间二满足维持后批次作业晶圆的关键尺寸在目标值上，所以第一关系式为满足维持后批次作业晶圆的关键尺寸在目标值上对应的自清洁工艺时间和对应透光率的关系，并将该关系式作为后续APC调控关系式进行实时调节自清洁工艺参数。
由上可知，图2中对应的第一关系式是所述的透光率和刻蚀自清洁工艺时间关系式，是在某一特定刻蚀程式的工艺窗口之内的关系，超出工艺窗口将不再适合相应关系式。如图2所示，在某一特定程式下，区间二刻蚀工艺所能承受的工艺窗口，超出该范围之后会出现不同的刻蚀异常，比如：图2中的区间一的透光率过小，刻蚀的硬质掩模层103a越多，硬质掩模层103a产生的聚合物越104多，会阻挡部分刻蚀；区间三的透光率过大，刻蚀时间越长，硬质掩模层103b消耗越多，以至于被消耗完而难以起到阻挡作用。
所以，实验表明，区间一和区间三超出刻蚀的工艺窗口，在量产中式不可以接受的。区间二在刻蚀工艺窗口之内，属于线性区间可以在后续步骤中实现定量调节刻蚀自清洁工艺来消除聚合物累积。
图2中的数据仅为某一特定的刻蚀程式的情况下，在工艺窗口之内透光率和自清洁工艺时间的一种情况。在其它的刻蚀程式下，显示的图形结构与图2是一致的，均为三个区间，但是具体数值会不同。
步骤一、收集刻蚀腔体的前批次晶圆的透光率。
本发明实施例方法中，透光率是指对应光刻层光刻胶在曝光时的透光率。
步骤二、在后批次晶圆的刻蚀工艺之前，根据收集到的所述前批次晶圆的透光率计算所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数，利用所述前批次晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的相关性使所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节到能消除所述后批次晶圆的首枚晶圆的关键尺寸的漂移。
较佳为，步骤二中采用先进过程控制系统自动收集所述前批次晶圆的透光率。采用先进过程控制系统自动进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节。
步骤三、根据步骤二中设定的参数进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺，实现对所述刻蚀腔体的腔壁上的聚合物的清洁。
步骤四、进行所述后批次晶圆的刻蚀工艺。
各批次晶圆的关键尺寸为65nm以下。
所述前批次晶圆的透光率和所述后批次晶圆的透光率相同。当各批次晶圆的透光率都相同的，各批次晶圆后续的自清洁工艺的参数将设定相同。
或者，所述前批次晶圆的透光率和所述后批次晶圆的透光率不相同，此时，步骤二中需要将所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节到能消除聚合物的累积从而能消除所述后批次晶圆的首枚晶圆的关键尺寸的漂移。
本发明实施例方法将对刻蚀腔体的聚合物清洁和前批次晶圆的透光率相关，且是通过收集前批次晶圆的透光率之后再根据收集到的前批次晶圆的透光率进行刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的调节，这样不管不同批次之间的晶圆的透光率如何变化，本发明实施例方法都能实现对刻蚀腔体的腔壁上的聚合物的良好清洁，从而能防止刻蚀腔体的腔壁上聚合物的累积，防止出现首枚效应，使晶圆的关键尺寸得到很好的控制，从而能提高产品的良率。
本发明实施例方法特别适用于在同一刻蚀工艺刻蚀不同透光率的晶圆的场合，由于本发明的自清洁工艺的参数直接和前批次晶圆的透光率相关，所以当晶圆的透光率改变时，对应的后续自清洁工艺的参数也随之改变，从而总能实现对刻蚀腔体的腔壁上聚合物的良好清洁；而现有方法的刻蚀腔体对应的自清洁工艺则没有和晶圆的透光率相关，故晶圆透光率改变时，现有方法无法实现对自清洁工艺进行相应的参数修改，使得聚合物的去除效果不好，不可避免会产生聚合物的累积。
如图3A所示，是现有方法对应的多片晶圆的关键尺寸的测试结果的统计图；横坐标对应于不同的晶圆，纵坐标对应于晶圆的关键尺寸，图3A中，每一片晶圆的关键尺寸都用一个点表示，可以看出，首枚晶圆的关键尺寸基本上位于虚线圈201所示的区域内，而非首枚晶圆的关键尺寸基本上位于虚线圈202所示的区域内，虚线圈201对应的关键尺寸更大，也即首枚晶圆的关键尺寸产生了漂移。如图3B所示，是根据图3A的测试结果进行首枚晶圆和非首枚晶圆的统计分析图，图3B中将各首枚晶圆都单独做一个横坐标进行统计如虚线圈203所示，各非首枚晶圆也都单独做一个横坐标进行统计如虚线圈204所示，线205表示晶圆的关键尺寸的基准线(Base Line，BL)，可以看出虚线圈203对应的值偏离了基准线，所以现有方法存在首枚效应，不同批次的首枚晶圆的关键尺寸会产生偏移。
如图4A所示，是本发明实施例方法对应的多片晶圆的关键尺寸的测试结果的统计图；横坐标对应于不同的晶圆，纵坐标对应于晶圆的关键尺寸，图4A中，每一片晶圆的关键尺寸都用一个点表示，可以看出，所有的晶圆的关键尺寸基本上位于虚线圈301所示的区域内，没有出现首枚晶圆的关键尺寸的漂移现象。如图4B所示，是根据图4A的测试结果进行首枚晶圆和非首枚晶圆的统计分析图，图4B中将各首枚晶圆都单独做一个横坐标进行统计如虚线圈302所示，各非首枚晶圆也都单独做一个横坐标进行统计如虚线圈303所示，线303表示晶圆的关键尺寸的基准线，可以看出虚线圈302还是在基准线上下，所以本发明实施例方法能消除首枚效应。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、收集刻蚀腔体的前批次晶圆的透光率；所述前批次晶圆的透光率是指所述前批次晶圆的刻蚀工艺之前进行的光刻工艺的光刻层的光刻胶在曝光时的透光率；
步骤二、在后批次晶圆的刻蚀工艺之前，根据收集到的所述前批次晶圆的透光率计算所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数，利用所述前批次晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的相关性使所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节到能消除所述后批次晶圆的首枚晶圆的关键尺寸的漂移；
步骤三、根据步骤二中设定的参数进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺，实现对所述刻蚀腔体的腔壁上的聚合物的清洁；
步骤四、进行所述后批次晶圆的刻蚀工艺。
2.如权利要求1所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：在步骤一之前还包括步骤：建立晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的第一关系式和对应的第一关系曲线的步骤。
3.如权利要求2所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述前批次晶圆的刻蚀工艺和所述后批次晶圆的刻蚀工艺相同。
4.如权利要求2所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：对每一种所述刻蚀工艺都建立对应的所述第一关系式和所述第一关系曲线；各种所述刻蚀工艺对应的步骤二中都按照对应的所述第一关系式或所述第一关系曲线进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数的调整。
5.如权利要求1所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述前批次晶圆的透光率和所述后批次晶圆的透光率相同；
或者，所述前批次晶圆的透光率和所述后批次晶圆的透光率不相同，此时，步骤二中需要将所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节到能消除聚合物的累积从而能消除所述后批次晶圆的首枚晶圆的关键尺寸的漂移。
6.如权利要求2所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数包括：工艺时间，工艺气体流量。
7.如权利要求6所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：
所述第一关系式为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺时间之间的关系式，所述第一关系曲线为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺时间之间的关系曲线；
或者，所述第一关系式为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体流量之间的关系式，所述第一关系曲线为晶圆的透光率和所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体流量之间的关系曲线。
8.如权利要求2或6或7所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述第一关系曲线包括线性区间和饱和区间。
9.如权利要求8所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述线性区间为所述刻蚀工艺的工艺窗口覆盖的区间，步骤二中所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数在所述线性区间内调节。
10.如权利要求1或2所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：步骤二中采用先进过程控制系统自动收集所述前批次晶圆的透光率。
11.如权利要求10所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：步骤二中采用先进过程控制系统自动进行所述刻蚀腔体的自清洁工艺的参数调节。
12.如权利要求6所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述刻蚀腔体的自清洁工艺的工艺气体包括含氟气体，氧气。
13.如权利要求12所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：所述含氟气体包括NF3。
14.如权利要求1所述的刻蚀腔体的聚合物清洁方法，其特征在于：各批次晶圆的关键尺寸为65nm以下。
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