CN116344306A - 一种去除离子束刻蚀系统颗粒的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除离子束刻蚀系统颗粒的方法和装置，是在离子束刻蚀系统反应腔底部增设一层金属栅网，该栅网连接直流电源产生一个正电压，所施加正电压的电压值根据需清除颗粒物的大小在100kv以内调节。金属栅网c的材质是如钼或者镍的坚硬金属，网孔在5mm以下。当刻蚀工艺完毕后，将离子束刻蚀系统的离子源断开，将下电极旋转至垂直于栅网c的位置；打开中和器产生大量电子附着在需要去除的颗粒物上后带上负电；栅网c通过直流电源c施加一个正电压，带负电的颗粒会在电场的作用下向着栅网c方向移动；颗粒物会穿过栅网c的网孔，被分子泵抽走，排出腔外，快速有效去除颗粒，防止反应腔内部颗粒的沉积，提高离子体处理设备的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除离子束刻蚀系统颗粒的方法和装置，是对离子束刻蚀设备的结构改造，是为了在不开腔的前提下，高效去除离子束刻蚀系统产生的颗粒。
背景技术
离子束刻蚀（IBE）是把氩、氪、氙之类的惰性气体充入离子源放电室，并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面，撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属于纯物理轰击过程。当对各种金属以及氧化物等复杂体系进行工艺刻蚀时，会在反应腔内溅射出各种大小不一的碎屑及颗粒，加之反应腔内气压较低，较大、较远的非挥发性颗粒很难被分子泵抽走，导致副产物在腔室内壁沉积。这不仅会产生颗粒沾污，也会导致工艺随时间漂移使工艺过程的重复性下降。因此需要对等离子体处理腔室进行清洗。但是在实际使用过程中，清洗将导致工艺中断，降低等离子体处理设备的生产效率。
目前对于刻蚀工艺过程中聚合物在刻蚀腔壁的堆积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通常使用NF3等富氟气体去除无机类聚合物，使用O2等富氧气体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，这些无晶圆自清洁步骤能有效改善腔体的沉积。但对于离子束刻蚀（IBE）工艺过程中产生的例如金属颗粒物等碎屑的处理在工业上尚没有有效的解决办法，只能每隔一定时间段进行开腔处理，严重影响设备产能。
公开号为CN105097445B的发明专利，提供了去除蚀刻室中的颗粒的方法，包括：在干蚀刻室中形成涂层，将晶圆放置在干蚀刻室内，蚀刻晶圆的含金属层，以及将晶圆移出干蚀刻室。在将晶圆移出干蚀刻室之后，去除涂层。该专利相当于在腔体内壁贴一层保护膜，工艺后将保护膜去掉，还是要开腔清理，但可以维持腔体内壁的清洁，防止颗粒的附着。
公开号为CN101727025A的专利申请公开了一种去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，包括：在半导体衬底上依次形成待刻蚀层和图案化光刻胶层；以光刻胶层为掩膜，刻蚀待刻蚀层；灰化法去除光刻胶层；将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用第一溶液喷射去除光刻胶残留，同时带有光刻胶残留的第一溶液从溶液喷射循环池内流出；通入第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒，同时带有刻蚀反应物颗粒的第二溶液从溶液喷射循环池内流出。本发明保证光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒能被有效去除，提高了半导体器件的性能。该发明是针对刻蚀晶圆上已经含有颗粒后，如何去除该颗粒，并保护所需晶圆图层不受损伤方法，和本人发明不相关。
公开号为CN109216241B的发明专利公开了一种刻蚀副产物智能自清洁方法，适用于对半导体干法刻蚀工艺过程，提供一工艺控制系统及一干法刻蚀设备，还包括以下步骤：步骤S1，工艺控制系统于干法刻蚀设备对应的干法刻蚀工艺开始之前，采集干法刻蚀设备执行之前的干法刻蚀工艺过程中的第一工艺参数；步骤S2，工艺控制系统根据第一工艺参数，获得对干法刻蚀设备进行自清洁的第二工艺参数；步骤S3，工艺控制系统根据第二工艺参数对干法刻蚀设备执行自清洁工艺；步骤S4，干法刻蚀设备执行对应的干法刻蚀工艺，待干法刻蚀工艺执行完毕后返回步骤S1。该发明减少刻蚀过程中因聚合物累积造成的刻蚀缺陷颗粒源，改善晶圆批次作业的首枚效应问题。该发明是提供一工艺控制系统，读取不同批次的工艺参数，和标准值进行对比，然后进行自清洁，以保证工艺条件的一致性，至于如何自清洁，未说明，也和本人发明关系不大。
发明内容
为了克服现有的半导体领域离子束刻蚀设备由于是用惰性气体进行物理轰击，所以不适用ICP无晶圆清洗工艺，只能开腔清洗去除颗粒，严重影响设备产能的不足，本发明的目的是提供一种去除离子束刻蚀系统颗粒的方法和装置，通过增加金属栅网，栅网上加正电压，利用离子束刻蚀系统中和器部件发射电子，使腔内颗粒带上负电，将带电颗粒吸走，无需开腔，就能高效去除颗粒，提高离子体处理设备的生产效率。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置，是在离子束刻蚀系统反应腔的增加一层金属栅网，具体来说是在栅网两端开螺纹孔通过绝缘件固定在反应腔内壁。该栅网连接至直流电源产生一个正电压，该电压值根据需清除颗粒物的大小在100kv以内调节。
较佳地，该金属栅网c设置在腔体的底部，是为了提高效率。
所述金属栅网是由坚硬金属制成，例如：钼，镍，网孔在5mm以下，方便不同大小的颗粒物穿过。所述栅网c形状可以是圆形，方形或不规则形状。
上述去除离子束刻蚀系统颗粒的装置的运行方法，当刻蚀工艺完毕后，需要处理刻蚀系统颗粒时，首先将离子束刻蚀系统的离子源断开，然后将下电极旋转90°至垂直于栅网c的位置，打开中和器一段时间，中和器产生的大量电子会附着在颗粒物上，使原本溅射在反应腔内的各种颗粒带上负电，然后栅网c通过直流电源c施加一个正电压，此时带负电的颗粒会在电场的作用下向着栅网c方向移动，栅网c下面为分子泵的抽气孔，此时颗粒物会穿过栅网c的网孔，被分子泵抽走，排出腔外，便于快速有效的去除颗粒，防止反应腔内部颗粒的沉积。
所述离子源为射频激发离子源，用于工艺刻蚀中产生离子束，其由射频电源，匹配器，射频线圈，接地电容C，放电腔，直流电源a，滤波器a，栅网a，直流电源b，滤波器b，栅网b组成。
或者，离子源是Kaufman 型离子源，也可以是ECR离子源。
射频电源经匹配器与射频线圈相连，将放电腔内通入的气体电离，然后经过两层栅网引出离子束，其为离子束刻蚀系统离子束产生的原理。
所述下电极为离子束刻蚀系统晶圆的载台，其本身可以自转公转来改变离子束入射角，实现两侧不同角度刻蚀。去除颗粒时，将其旋转90°至垂直于栅网c的位置是一方面是为了减少颗粒沉积在下电极表面，另一方面是将栅网c完全暴露在反应腔内，从而可以更彻底的吸附颗粒。
所述中和器用于激发产生电子，附着在反应腔内颗粒物上，使其带负电。可以是射频中和器，可以是热阴极中和器，可以是空心阴极中和器，可以是电子回旋共振中和器。
本发明有以下积极的效果：
（1）本发明针对离子束刻蚀系统含有中和器，会提供达大量电子的特定条件，增设栅网使得颗粒带上负电，别的刻蚀系统若无该环境，即使增设栅网也无法实现高效去除颗粒。
（2）本发明易于实施，只需要将栅网用螺丝及固定件固定在腔体内，栅网连接到直流电源即可，而放在底部是为了提高效率。
（3）本发明去除颗粒的工作效率可以通过提高中和器产生电子的数量，提高直流电源c的电压数值来提升。电子的数量越多，越容易被颗粒物碰撞吸附；栅网c上电压越高，产生的电场越强，即使远离栅网的较大颗粒物也能在电场的作用下向栅网方向运动，从而被分子泵抽走排出腔外。
（4）本发明的工作原理不同于电除尘器，后者是在两曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通过高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。气体电离后所生成的电子、阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，而使粉尘获得电荷，荷电粉尘在电场力的作用下，变相电极性相反的电极运动而沉积在电极上，达到粉尘和气体分离的目的。
附图说明
图1为本发明一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置的结构示意图。
图2是实施例1安装栅网c前后颗粒去除效果比较实验。
其中：1-直流电源a、2-直流电源b、3-滤波器a、4-滤波器b、5-电容C、6-射频电源、7-放电腔、8-射频线圈、9-等离子体、10-栅网a、11-栅网b、12-栅网c、13-下电极、14-分子泵、15-中和器、16-直流电源c、17-反应腔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本发明一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置的结构示意图。一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置，是在离子束刻蚀系统反应腔的底部增加一层金属栅网，该栅网连接至直流电源产生一个正电压，该电压值根据需清除颗粒物的大小在100kv以内调节。
当需要对晶圆进行刻蚀时，射频电源6经匹配器与射频线圈8相连，射频线圈8另一端与接地电容相连，电容用来平衡射频线圈两端的电压。通过电感耦合方式将放电腔7内通入的气体电离产生等离子体，直流电源a经过滤波器a给栅网a施加一个正电压用于加速吸引等离子体中的电子，给等离子体赋能，等离子体中的正离子在鞘层电压的作用下穿过栅网a。直流电源b经过滤波器b给栅网b施加一个负电压，穿过栅网a的正离子在该负电场的作用下加速穿过栅网b形成离子束，离子束再经过中和器15电子的中和，最后以一定的能量和角度轰击在下电极表面的晶圆上，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的。
当刻蚀工艺结束，需要对离子束刻蚀系统溅射的颗粒进行去除时，首先将离子束刻蚀系统的离子源断开，然后将下电极13旋转90°至垂直于栅网c的位置（一方面是为了减少颗粒沉积在下电极表面，另一方面是将栅网c完全暴露在反应腔内，从而可以更彻底的吸附颗粒）。打开中和器，中和器15产生的大量电子会附着在颗粒物上，使原本溅射在反应腔内的各种非挥发性颗粒带上负电，然后栅网c经直流电源c施加一个正电压，此时带负电的颗粒会在电场的作用下向着栅网c方向移动，栅网c下面为分子泵14的抽气孔，此时颗粒物会穿过栅网c的网孔，被下面的分子泵抽走，顺着管道排出腔外，从而达到去除颗粒的目的。
实施例2 颗粒清除效果的证实实验
针对本发明对颗粒清除效果的考察，首先在未安装栅网的条件下，在离子束刻蚀结束后，用SP1检测仪测试了0.12um大小的颗粒数量，并记录了10组检测数据，该0.12um颗粒数量普遍在900个左右。然后采用本发明提供的装置与方法，选取直径38cm的圆形鉬栅网，网孔直径2mm，将金属栅网固定在反应腔底部（金属栅网两端与反应腔通过绝缘件连接），在工艺结束后，打开中和器10min，然后通过与栅网c连接的直流电源施加8KV的正电压，5min后同样用SP1检测仪检测0.12um大小的颗粒数量，重复10此实验并记录数据，此时0.12um颗粒的数量普遍在20个左右，满足工艺的要求，见图2所示。
本实施例2仅检测了0.12um大小的颗粒数量供对比参考，实际上反应腔内的颗粒大小不一，较大的栅网、较大的栅网电压与施加时间、以及较长的中和器通电时间都可以大大提高颗粒的清除效率。
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置，其特征在于，是在离子束刻蚀系统反应腔（17）增设一层金属栅网c（12），同时该栅网c连接至直流电源产生一个正电压。
2.根据权利要求1所述的一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置，其特征在于，栅网两端开螺纹孔通过绝缘件固定在反应腔内壁。
3.根据权利要求1或者2所述的一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置，其特征在于，所述的金属栅网c（12）设置在反应腔（17）腔体的底部，所述金属栅网c的材质是坚硬金属，网孔在5mm以下。
4.根据权利要求3所述的一种去除离子束刻蚀系统颗粒的装置，其特征在于，所述的金属栅网c的材质是钼或者镍，其形状是圆形，方形或不规则形状。
5.基于权利要求1所述的去除离子束刻蚀系统颗粒的装置的去除离子束刻蚀系统颗粒的方法，其特征在于：
（1）当刻蚀工艺完毕后，需要处理刻蚀系统颗粒时，首先将离子束刻蚀系统的离子源断开，然后将下电极旋转至垂直于栅网c（12）的位置；
（2）打开中和器，中和器产生的大量电子会附着在需要去除的颗粒物上，使原本溅射在反应腔内的各种颗粒带上负电；
（3）栅网c（12）通过直流电源c（16）施加一个正电压，此时带负电的颗粒会在电场的作用下向着栅网c方向移动；
（4）栅网c下面为分子泵的抽气孔，此时颗粒物会穿过栅网c的网孔，被分子泵抽走，排出腔外，快速有效去除颗粒，防止反应腔内部颗粒的沉积。
6.根据权利要求5所述的去除离子束刻蚀系统颗粒的方法，其特征在于：步骤（3）中，所施加正电压的电压值根据需清除颗粒物的大小在100kv以内调节。
7.根据权利要求5所述的去除离子束刻蚀系统颗粒的方法，其特征在于：步骤（1）中的下电极为离子束刻蚀系统晶圆的载台，其本身可以自转公转来改变离子束入射角，实现两侧不同角度刻蚀，去除颗粒时，将其旋转90°至垂直于栅网c的位置。
8.根据权利要求5所述的去除离子束刻蚀系统颗粒的方法，其特征在于：步骤（2）中的中和器为是射频中和器、热阴极中和器、空心阴极中和器或者电子回旋共振中和器。
9.根据权利要求5所述的去除离子束刻蚀系统颗粒的方法，其特征在于：去除颗粒的效率通过提高中和器产生电子的数量，提高直流电源c的电压数值来提升。
10.根据权利要求5所述的去除离子束刻蚀系统颗粒的方法，其特征在于：步骤（1）的刻蚀过程，是通过电感耦合方式将放电腔（7）内通入的气体电离产生等离子体，直流电源a经过滤波器a给栅网a（10）施加一个正电压用于加速吸引等离子体中的电子，给等离子体赋能，等离子体中的正离子在鞘层电压的作用下穿过栅网a（10）；
直流电源b（11）经过滤波器b给栅网b施加一个负电压，穿过栅网a的正离子在该负电场的作用下加速穿过栅网b形成离子束，离子束再经过中和器（15）电子的中和，最后以一定的能量和角度轰击在下电极表面的晶圆上，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的。
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