CN109671607A

CN109671607A - 工件的加工方法和工艺腔室

Info

Publication number: CN109671607A
Application number: CN201710963394.4A
Authority: CN
Inventors: 黄亚辉; 李成; 李一成; 刘建; 曹永友
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd; Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-04-23
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: CN109671607B

Abstract

本发明公开了一种工件的加工方法和工艺腔室。所述方法包括：提供工件的毛坯；对所述毛坯进行粗加工处理，获得初步半成品；精加工处理所述初步半成品的表面，获得中间半成品，其中，所述中间半成品的表面粗糙度值Ra₁<1.6；对所述中间半成品的表面进行预定处理，获得所述工件，其中，所述工件的表面粗糙度值符合预设粗糙度值。在应用该工件的加工方法所形成的工件的工艺腔室结构中，其可以有效减少晶圆表面所产生的颗粒杂质，提高晶圆的加工良率，降低制作成本，提高经济效益。

Description

工件的加工方法和工艺腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种工件的加工方法和一种包括由该加工方法制作形成的工件的工艺腔室。

背景技术

传统的刻蚀机，在对晶圆进行刻蚀加工时，一旦工艺副产物降落到晶圆表面，会形成颗粒杂质，导致出现刻蚀工艺不良。因此，为了保证晶圆的刻蚀良率，对工艺过程中的颗粒杂质需进行严格控制。

如图1和图2所示，示意了刻蚀机的结构示意图。其中，该刻蚀机100包括反应腔室112、位于反应腔室顶部的介质窗114以及射频线圈116、喷嘴118、位于反应腔室112和介质窗114之间的调整支架120、设置于反应腔室112内的内衬122、放置晶圆124的卡盘126、环设在晶圆124周围的聚焦环128、环设在卡盘126周围的基环130、与卡盘126连接的下电极132、以及与反应腔室112通过摆阀134连通的分子泵136。

对晶圆124进行刻蚀工艺时，工艺气体从喷嘴118进入反应腔室112，通过摆阀134控制反应腔室112内所需要的压力，在射频线圈116的作用下进行电离，产生等离子，在下电极132的作用下到达晶圆124的表面，与晶圆124发生物理化学反应，从而完成对晶圆124的加工，等离子体与晶圆124反应时会产生工艺副产物，吸附于介质窗114的下表面，内衬122内表面以及晶圆124周边零件，例如，如图2中所示，在聚焦环128的上表面和基环130的侧壁均会有工艺副产物沉积。

随着工艺时间的累积，沉积物越积越多，特别是介质窗114，其位于晶圆124的正上方，沉积物脱落直接掉落在晶圆124上形成颗粒；另外，聚焦环128位于晶圆124的周边，气流变化均会使附着在聚焦环128上的沉积物脱落，到达晶圆124表面，形成颗粒，影响晶圆124质量。

传统的刻蚀设备中，其所采用的介质窗的下表面较高光洁，该介质窗一般在粗加工基础上，再通过机械抛光+氢氟酸浸泡60min的加工方式，最终得到的介质窗的表面粗糙度值为Ra0.6。由于介质窗下表面粗糙度值较小(也即下表面光洁度较高)，因此，其对工艺副产物的吸附力不足，容易脱落，形成颗粒，对晶圆造成工艺缺陷。另外，在更换介质窗后，往往需要长时间的工艺恢复，期间需要对介质窗的表面进行工艺处理，以使得介质窗下表面可以吸附足够多的工艺副产物，从而达到一个相对稳定的环境。显然，这会大大延长了机台的回线时间，提高制作成本。其次，在日常的生产过程中，由于介质窗下表面粗糙度值较小，对颗粒吸附不足，引起介质窗下表面的颗粒掉落导致机台颗粒不合格的问题。

另外，如图3所示，在传统的刻蚀设备中，现有的聚焦环材质多为石英，一般采用机械加工+HF(氢氟酸)浸泡60分钟的加工方式进行处理，与晶圆接触部分采用较高的粗糙度值Ra1.6，其余部分的粗糙度值为Ra3.2，较为粗糙。在实际使用中，聚焦环离晶圆较近，其上表面的粗糙度值较大，对于工艺副产物的吸附力较强，因此，聚焦环的表面上能够沉积部分工艺副产物，从而形成新的颗粒来源，该部分颗粒容易掉落至晶圆表面，对晶圆造成工艺缺陷。

因此，如何设计一种能够降低颗粒产生的工件的加工方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种工件的加工方法以及一种包括由该加工方法制作形成的工件的工艺腔室。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种工件的加工方法，所述工件放置于工艺腔室内，所述方法包括：

提供工件的毛坯；

对所述毛坯进行粗加工处理，获得初步半成品；

精加工处理所述初步半成品的表面，获得中间半成品，其中，所述中间半成品的表面粗糙度值Ra₁<1.6；

对所述中间半成品的表面进行预定处理，获得所述工件；其中，所述工件的表面粗糙度值符合预设粗糙度值。

优选地，所述工件包括介质窗，所述精加工处理包括抛光处理。

优选地，所述对所述中间半成品的表面进行预定处理，获得所述工件的步骤包括：

对所述中间半成品的表面进行喷砂处理；

利用第一酸性溶液对经过喷砂处理的中间半成品的表面，在第一预设浸泡参数下进行浸泡处理，获得所述介质窗，其中，所述介质窗的表面粗糙度值6.3<Ra₂<12.5。

优选地，采用#300-400的碳化硅颗粒对所述中间半成品的表面进行喷砂处理。

优选地，所述第一酸性溶液包括氢氟酸溶液，其中，所述第一预设浸泡参数包括：

氢氟酸的质量百分比13％～20％、浸泡温度40～50℃、浸泡时间60-100min。

优选地，所述工件包括聚焦环，所述精加工处理包括磨削处理。

利用第二酸性溶液对所述中间半成品的表面，在第二预设浸泡参数下进行浸泡处理；

对经过浸泡处理的中间半成品的表面进行火焰抛光处理；

利用第三酸性溶液对经过火焰抛光处理的中间半成品的表面，在第三预设浸泡参数下进行浸泡处理，获得所述聚焦环，其中，所述聚焦环的表面粗糙度值0.1<Ra₃<0.4。

优选地，所述第二酸性溶液包括氢氟酸溶液，其中，所述第二预设浸泡参数包括：

氢氟酸的质量百分比13％～20％、浸泡温度40～50℃、浸泡时间5-15min。

优选地，所述第三酸性溶液包括氢氟酸溶液，其中，所述第三预设浸泡参数包括：

氢氟酸的质量百分比13％～20％、浸泡温度40～50℃、浸泡时间100-150min。

本发明的第二方面，提供一种工艺腔室，所述工艺腔室包括腔室本体和工件，所述工件放置于所述腔室本体内，所述工件采用前文记载的所述的方法制作形成。

本发明的工件的加工方法，首先提供工件的毛坯；其次，对毛坯进行粗加工处理，获得初步半成品；再次，精加工处理初步半成品的表面，获得中间半成品；最后，对中间半成品的表面进行预定处理，获得工件，其中，工件的表面粗糙度值符合预设粗糙度值。因此，在应用该工件的加工方法所形成的工件的工艺腔室结构中，其可以有效减少晶圆表面所产生的颗粒杂质，提高晶圆的加工良率，降低制作成本，提高经济效益。

本发明的工艺腔室，具有前文记载的加工方法所制作形成的工件，因此，可以有效减少晶圆表面所产生的颗粒杂质，提高晶圆的加工良率，降低制作成本，提高经济效益。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中刻蚀机的结构示意图；

图2为图1中晶圆区域处的局部视图；

图3为图1中聚焦环不同区域处的粗糙度示意图；

图4为本发明中工件的加工方法的流程图；

图5为本发明中介质窗的步骤S130的流程图；

图6为本发明中聚焦环的步骤S130的流程图。

附图标记说明

100：刻蚀机；

112：反应腔室；

114：介质窗；

116：射频线圈；

118：喷嘴；

120：调整支架；

122：内衬；

124：晶圆；

126：卡盘；

128：聚焦环；

130：基环；

132：下电极；

134：摆阀；

136：分子泵。

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详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图4所示，本发明的第一方面，涉及一种工件的加工方法S100，该工件放置于工艺腔室内。

需要说明的是，对于工件的具体种类虽然没有明确限定。但是，正如背景技术所指出的那样，在传统的工艺腔室中，环绕在晶圆周围的聚焦环以及与晶圆相对设置且处于工艺腔室顶部的介质窗，该两个零件对晶圆的加工良率影响较大。为此，本发明主要提供了该两种零件的一种加工方法，使得利用该加工方法所形成的工件(介质窗和/或聚焦环)能够有效改善晶圆的加工良率。但是，本发明并不以此为限，根据实际需要，工艺腔室内的其他零部件也可以采用本发明所公开的加工方法。

其中，上述方法S100包括：

S110、提供工件的毛坯。

在本步骤中，例如，当该工件为工艺腔室内所使用的介质窗时，该毛坯一般是由石英材料或陶瓷材料所制作形成的板材或型材，之后对该板材或型材进行相应地加工，得到所需要的介质窗的结构。再例如，当该工件为工艺腔室内所使用的聚焦环时，该毛坯一般是由石英材料所制作形成的板材或型材，之后对该板材或型材进行相应地加工，得到所需要的聚焦环的结构。

S120、对毛坯进行粗加工处理，获得初步半成品。

在本步骤中，具体地，一般是按照工件的加工图纸，利用常见的机械加工设备，例如，普通车床、普通铣床、数控车床、数控铣床或数控车铣复合机床等，按照设计图纸，根据工件的加工工艺流程，确保合适的加工余量后，对该原材料进行粗加工处理，从而可以得到工件的初步半成品。

S130、精加工处理初步半成品的表面，获得中间半成品，其中，中间半成品的表面粗糙度值Ra₁<1.6。

具体地，在本步骤中，可以根据所期望获得的中间半成品的精度等级，例如，中间半成品的粗糙度精度等级或者中间半成品的尺寸加工等级(公差等级)，选择所需要的精加工处理方式。本例中，中间半成品的表面粗糙度值Ra₁<1.6，因此，可以采用磨削或者抛光等机械加工方式，对初步半成品的表面进行精加工处理，从而获得符合粗糙度要求的中间半成品。

S140、对中间半成品的表面进行预定处理，获得工件，其中，该工件的表面粗糙度值符合预设粗糙度值。

需要说明的是，对于预定处理的具体内容并没有具体限定，但是，在对中间半成品的表面进行该预定处理以后，应当确保使得最终形成的工件的表面粗糙度值符合预设粗糙度值。

具体他，例如，当该工件为介质窗时，该预设粗糙度值应当为粗糙度相对较高的值，也就是说，在对介质窗的中间半成品的表面进行预定处理以后，所得到的介质窗的表面应当比较粗糙，这样，介质窗的表面可以吸附更多的工艺副产物，可以避免工艺副产物从介质窗的表面脱落，形成颗粒杂质，从而可以提高晶圆的加工量率。

再例如，当该工件为聚焦环时，上述的预设粗糙度值应当为粗糙度相对较低的值，也就是说，在对聚焦环的中间半成品的表面进行预定处理以后，所得到的聚焦环的表面应当较为光滑，这样，聚焦环的表面可以降低对工艺副产物的吸收，使得到达聚焦环表面的工艺副产物可以及时被分子泵抽走，避免了聚焦环上的工艺副产物的沉积，从而进一步地提高晶圆的加工良率。

因此，本实施例的工件加工方法中，首先提供工件的毛坯；其次，对毛坯进行粗加工处理，获得初步半成品；再次，精加工处理初步半成品的表面，获得中间半成品；最后，对中间半成品的表面进行预定处理，获得工件，其中，工件的表面粗糙度值符合预设粗糙度值。因此，在应用该工件的加工方法所形成的工件的工艺腔室结构中，其可以有效减少晶圆表面所产生的颗粒杂质，提高晶圆的加工良率，降低制作成本，提高经济效益。

优选地，上述工件包括介质窗，步骤S130中的精加工处理方式为抛光处理。相应地，如图5所示，上述步骤S140包括：

S141、对中间半成品的表面进行喷砂处理。

在本步骤中，例如，可以优选地采用#300-400的碳化硅颗粒对中间半成品的表面进行喷砂处理。当然，还可以采用其他粒径的碳化硅颗粒对该表面进行喷砂处理。

这样，在对介质窗的表面进行喷砂处理后，会大大降低其粗糙度，也就是说，使得介质窗的表面粗糙度值升高，在介质窗的表面进行喷砂处理，能够有效提高介质窗的表面均匀性，提高介质窗的表面的抗疲劳性能，增加了其与工艺副产物的吸附性能。

应当理解的是，在实际应用时，从简化工艺以及降低制作成本出发，一般只需要对介质窗的其中一个表面(即与晶圆相对的表面)进行抛光和喷砂、浸泡处理即可。这是因为，工艺阶段所产生的工艺副产物仅会在介质窗的与晶圆相对的表面进行沉积。因此，只需要确保介质窗的与晶圆相对的表面满足预设粗糙度值即可。

S142、利用第一酸性溶液对经过喷砂处理的中间半成品的表面，在第一预设浸泡参数下进行浸泡处理，获得介质窗，其中，介质窗的表面粗糙度值6.3<Ra₂<12.5。

具体地，在本步骤中，对于第一酸性溶液的具体种类以及第一预设浸泡参数并没有作出限定。优选地，其中的第一酸性溶液可以是氢氟酸溶液，相应地，第一预设浸泡参数可以是：氢氟酸的质量百分比13％～20％、浸泡温度40～50℃、浸泡时间60-100min。当然，根据实际需要，该第一预设浸泡参数还可以是其他的取值。经过第一酸性溶液浸泡处理后所得到的介质窗，其表面更容易吸附工艺副产物，有效避免工艺副产物在工艺中脱落的现象发生，从而提高晶圆的加工良率。

本实施例的工件加工方法中，是介质窗的一种具体的加工方法，对介质窗的表面依次进行抛光、喷砂和浸泡处理，最终所获得的介质窗的表面，其更容易吸附工艺副产物，从而避免工艺副产物在工艺中脱落的现象发生，进而提高晶圆的加工良率，降低制作成本。

优选地，上述工件也可以为聚焦环，步骤S130中的精加工处理方式为磨削处理。相应地，如图6所示，上述步骤S140包括：

S141’、利用第二酸性溶液对中间半成品的表面，在第二预设浸泡参数下进行浸泡处理。

具体地，在本步骤中，对于第二酸性溶液的具体种类以及第二预设浸泡参数并没有作出限定。优选地，该第二酸性溶液可以包括氢氟酸溶液，相应地，第二预设浸泡参数包括：氢氟酸的质量百分比13％～20％、浸泡温度40～50℃、浸泡时间5-15min。当然，根据实际需要，该第二预设浸泡参数还可以是其他的取值。

S142’、对经过浸泡处理的中间半成品的表面进行火焰抛光处理。

在本步骤中，对浸泡处理后的中间半成品的表面进行火焰抛光处理以后，可以使得该中间半成品的表面光滑，从而可以降低对工艺副产物的吸附。

S143’、利用第三酸性溶液对经过火焰抛光处理的中间半成品的表面，在第三预设浸泡参数下进行浸泡处理，获得聚焦环，其中，聚焦环的表面粗糙度值0.1<Ra₃<0.4。

具体地，在本步骤中，对于第三酸性溶液的具体种类以及第三预设浸泡参数并没有作出限定。优选地，第三酸性溶液可以包括氢氟酸溶液，相应地，第三预设浸泡参数包括：氢氟酸的质量百分比13％～20％、浸泡温度40～50℃、浸泡时间100-150min。当然，根据实际需要，该第三预设浸泡参数还可以是其他的取值。经过再次长时间的酸性溶液进行浸泡处理以后，可以去除对中间半成品的表面因进行火焰抛光所产生的微小棱角，从而能够进一步地提高所形成的聚焦环的表面的光洁度，进而能够降低对工艺副产物的吸附。

本实施例的工件加工方法中，是聚焦环的一种具体加工方法，对聚焦环的表面依次磨削处理、酸性溶液短时浸泡处理、火焰抛光处理和酸性溶液长时间浸泡处理，最终获得的聚焦环，该聚焦环的表面光滑，降低其对工艺副产物的吸附，使得落到聚焦环表面的工艺副产物能够及时被分子泵抽走，从而避免脱落的工艺副产物在聚焦环表面沉积的现象发生，进而提高晶圆的加工良率，降低制作成本。

本发明的第二方面，提供一种工艺腔室，工艺腔室包括腔室本体和工件，该工件放置于腔室本体内。其中，该工件采用前文记载的的方法制作形成。

本实施例结构的工艺腔室，具有前文记载的加工方法所制作形成的工件，因此，可以有效减少晶圆表面所产生的颗粒杂质，提高晶圆的加工良率，降低制作成本，提高经济效益。

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

1.一种工件的加工方法，所述工件放置于工艺腔室内，其特征在于，所述方法包括：

提供工件的毛坯；

对所述毛坯进行粗加工处理，获得初步半成品；

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述工件包括介质窗，所述精加工处理包括抛光处理。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述对所述中间半成品的表面进行预定处理，获得所述工件的步骤包括：

对所述中间半成品的表面进行喷砂处理；

利用第一酸性溶液对经过喷砂处理的中间半成品的表面，在第一预设浸泡参数下进行浸泡处理，获得所述介质窗；其中，所述介质窗的表面粗糙度值6.3<Ra₂<12.5。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，采用#300-400的碳化硅颗粒对所述中间半成品的表面进行喷砂处理。

5.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述第一酸性溶液包括氢氟酸溶液，其中，所述第一预设浸泡参数包括：

6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述工件包括聚焦环，所述精加工处理包括磨削处理。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述对所述中间半成品的表面进行预定处理，获得所述工件的步骤包括：

对经过浸泡处理的中间半成品的表面进行火焰抛光处理；

8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述第二酸性溶液包括氢氟酸溶液，其中，所述第二预设浸泡参数包括：

9.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述第三酸性溶液包括氢氟酸溶液，其中，所述第三预设浸泡参数包括：

10.一种工艺腔室，所述工艺腔室包括腔室本体和工件，所述工件放置于所述腔室本体内，其特征在于，所述工件采用权利要求1至9任意一项所述的方法制作形成。