TW201529141A - 自清潔真空處理腔室 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種自清潔真空處理腔室，其中，所述真空處理腔室包括一腔體，基片放置於腔體之中進行製程，所述腔體內部區域上設置有二氧化鈦塗層，其中，所述二氧化鈦塗層用於對腔體內部產生的聚合物污染層進行去除，本發明提供的真空處理腔室及其自清潔方法能夠有效去除腔體內部的聚合物污染層，使得聚合物污染層在腔體內壁表面難以沉積，能夠對已沉積的聚合物污染層進行降解，並使已沉積的聚合物污染層的附著性變差。

Description

自清潔真空處理腔室

本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種自清潔真空處理腔室。

真空處理腔室在對基片執行製程以後會在反應腔體內部形成多餘的固態副產品沉積物污染（如含碳氫的有機物或者金屬及其化合物等），這些沉積物沉積在反應腔體內部（特別是腔體內壁），造成工藝偏差（process drift）、性能下降，並且容易在後續製程過程中在基片表面形成顆粒等雜質，這些雜質會影響後續工藝。因此，在使用過程中，需要對真空處理腔室進行清潔，以去除反應腔體內部的沉積物，進而提高製程質量，並延緩真空處理腔室的使用壽命。

習知技術中去除真空處理腔室內部的沉積物一般採用手動去除的方式，即工程師打開反應腔體之後手動摳除或者利用刷子等工具刷除腔體內壁等處的沉積物。但是，這種清潔方法生產率低，可重複性差，清潔效率不高。

習知技術的清潔方式還包括：在基片在真空處理腔室中執行製程完畢之後，將基片移出反應腔體。然後在沒有基片放置的真空處理腔室中通入清潔氣體（例如氧氣等），再耦合射頻能量點燃清潔氣體形成真空以對腔體內壁等區域進行轟擊，從而達到去除聚合物污染的目的。然而，這樣的清潔方式必須將製程過程和清潔過程完全分開，真空處理腔室在執行完基片製程以後必須將基片移出腔體才能進行專門的清潔處理。這樣的清潔方式效率較低。

針對背景技術中的上述問題，本發明提出了一種自清潔真空處理腔室。

本發明提出了一種能夠自清潔的真空處理腔室，所述真空處理腔室包括一腔體，基片放置於腔體之中進行製程，其中所述腔體內部區域上設置有二氧化鈦塗層。

進一步地，所述二氧化鈦塗層用於對所述腔體內部產生的聚合物污染層進行去除。

進一步地，所述聚合物污染層的厚度取值範圍小於2nm。

進一步地，所述二氧化鈦塗層的厚度的取值範圍為20mm~80mm。

進一步地，所述二氧化鈦塗層設置於腔體表面的方法包括：化學氣相沉積、等離子體噴塗、反應濺射、溶膠凝膠、液相沉積。

進一步地，若採用化學氣相沉積方法製備所述二氧化鈦塗層，在化學氣相沉積機台內通入O₂ 、TiCl₄ 並耦合射頻能量使其激發成為等離子體。

進一步地，所述化學氣相沉積等離子體處理腔室內的高頻輸出為320W，反應溫度為110^o C。

進一步地，所述腔體內部區域包括腔體內壁、氣體噴淋頭、基台。

進一步地，當所述聚合物污染層的厚度取值範圍大於2nm，打開所述真空處理腔室的腔體進行人工去除。

進一步地，當所述聚合物污染層的厚度取值範圍大於2nm，向真空處理腔室內通入清潔氣體並耦合射頻能量，使得所述清潔氣體產生等離子體對所述聚合物污染層進行去除。

進一步地，所述清潔氣體包括氧氣。

進一步地，所述真空處理腔室包括等離子體刻蝕機台、化學氣相沉積機台、MOCVD機台。

本發明提供的真空處理腔室及其自清潔方法能夠有效去除腔體內部的聚合物污染層，使得聚合物污染層在腔體內壁表面難以沉積，能夠對已沉積的聚合物污染層進行降解，並使已沉積的聚合物污染層的附著性變差。本發明能夠提高真空處理腔室的使用壽命，節約了成本。

以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行說明。

本文將結合等離子體處理腔室（典型地為刻蝕機台）對本發明進行說明。但是，本領域技術人員應當理解，本發明適用於等離子體刻蝕機台、化學氣相沉積機台、MOCVD機台等。

圖1是等離子體處理腔室的結構示意圖。等離子體處理腔室100具有一個處理腔體102，處理腔體102基本上為柱形，且處理腔體側壁基本上垂直，處理腔體102內具有相互平行設置的上電極109和下電極。通常，在上電極109與下電極之間的區域為處理區域P，該區域P將形成高頻能量以點燃和維持等離子體。在靜電夾盤106上方放置待要加工的基片W，該基片W可以是待要刻蝕或加工的半導體基片或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板。其中，所述靜電夾盤106用於夾持基片W。反應氣體從氣體源103中被輸入至處理腔體102內，一個或多個射頻電源104可以被單獨地施加在下電極上或同時被分別地施加在上電極109與下電極上，用以將射頻功率輸送到下電極上或上電極109與下電極上，從而在處理腔體102內部產生大的電場。大多數電場線被包含在上電極109和下電極之間的處理區域P內，此電場對少量存在於處理腔體102內部的電子進行加速，使之與輸入的反應氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體的離子化和等離子體的激發，從而在處理腔體102內產生等離子體。反應氣體的中性氣體分子在經受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極方向加速，與被處理的基片中的中性物質結合，激發基片加工，即刻蝕、澱積等。在等離子體處理腔室100的合適的某個位置處設置有排氣區域，排氣區域與外置的排氣裝置（例如真空泵105）相連接，用以在處理過程中將用過的反應氣體及副產品氣體抽出腔室。其中，等離子體約束環107用於將等離子體約束於處理區域P內，而108指代的是等離子體約束環107的接地端。

本發明提供了一種能夠自清潔的等離子體處理腔室，所述等離子體處理腔室包括一腔體，基片放置於腔室之中進行製程，其中，所述腔室的側壁上設置有二氧化鈦塗層，所述二氧化鈦塗層用於對腔體內部產生的聚合物污染層進行去除。圖2示出了根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的結構示意圖，如圖所示，理論上在未對基片執行製程的嶄新的等離子體處理腔室100的上電極109和處理腔體102的側壁上分別設置一層二氧化鈦塗層m。需要說明的是，本實施例是本發明的一個優選實施例，僅用於示例性地說明本發明。本領域技術人員應當理解，二氧化鈦塗層m不僅可以設置於等離子體處理腔室100的上電極109和處理腔體102的側壁上，還可以設置於等離子體處理腔室100的其他任何區域。具體地，只要是在等離子體處理腔室100內部可能生長聚合物污染的區域都可以設置二氧化鈦塗層m。至於二氧化鈦塗層m具體設置在哪些區域，工程師可以根據具體製程需要進行設置。因此，本實施例的二氧化鈦塗層m的設置區域不應示為對本發明的任何限制。

參見圖3，等離子體處理腔室100在對基片W進行製程（例如刻蝕或者沉積）的過程中，將反應氣體通入腔室內部並耦合射頻能量激發反應氣體產生等離子體。所述反應氣體包括碳、氟、氫及金屬等，包括這些反應元素的反應粒子不僅會按照垂直方向對放置於靜電夾盤106表面的基片W進行製程，還會粘附在腔體內壁，形成聚合物污染。如圖3所示，在基片W製程過程中形成的聚合物污染層n粘附在二氧化鈦塗層m上。

二氧化鈦具有“光催化”的特性。1975年，S．N．Frank等發表了二氧化鈦在光照條件下課將水中氰化物分解成氮氧化合物和水的研究報告，這一發現使科學家們相信，二氧化鈦將在解決環境污染問題方面發揮重要的作用。美國環保局（USEPA）公佈的一項研究結果顯示，在潮濕及自然光照條件下，二氧化鈦可將114種對環境構成污染的有機污染物光催化降解成二氧化碳、水和無毒害的有機氧化物。因此，二氧化鈦被認為是到目前為止最有效的光催化半導體，同時也是應用最廣泛的光催化降解材料。

本發明正是利用二氧化碳的光催化特性，將二氧化碳事先塗覆於腔體102內壁上，再利用反應氣體激發等離子體過程中產生的可見光使得二氧化碳被光催化，產生一定量的電子空穴對。

其中，表示反應氣體激發等離子體過程中產生的光能，表示電子，表示空穴。其中，電子起到還原作用，空穴起到氧化作用。電子和空穴的共同作用使得聚合物污染層n在腔體102的表面難以沉積，通過氧化還原作用降解已經沉積的聚合物污染層n，並且進一步地使得聚合物污染層n的附著性變差。因此，二氧化鈦塗層m能夠有效去除等離子體處理腔室100的腔體102的聚合物污染層n。

需要說明的是，圖3示出了腔體102內壁首先塗覆二氧化鈦塗層m，而後在基片W製程過程中產生了聚合物污染層n將所述二氧化鈦塗層m完全覆蓋的情況。本領域技術人員應當理解，聚合物污染層n的厚度為2nm時，二氧化鈦塗層m仍然可以透過聚合物污染層n得到光催化，由此可以在聚合物污染層n和二氧化鈦塗層m之間產生電子空穴對以對聚合物污染層n進行去除。

然而，在實際的製程中，聚合物污染層n是慢慢沉積的，聚合物污染層n可能首先在腔體102內壁的某一區域累積，而在腔體102內壁的其他區域還幾乎沒有聚合物污染層n累積。因此，在這種情況下，不僅聚合物污染層n下層的二氧化鈦塗層m可以對其進行講解，在其他沒有聚合物污染層n覆蓋並且直接曝露於等離子體中的二氧化鈦塗層m也可以直接光催化，並產生電子空穴對對該聚合物污染層n進行降解。因此，在上述情況下，即使是聚合物污染層n的厚度超過2nm仍然可以進行有效降解。

此外，即使聚合物污染層n的厚度超過2nm，本發明仍可以結合人工去除的方式對該聚合物污染層n進行去除。人工去除的方法加上二氧化鈦的光催化作用，仍然可以提高聚合物污染層n的去除效率。

需要說明的是，在等離子體處理腔室100的實際製程中，一般是腔室製程超過200到300個小時即會打開腔體進行一次聚合物污染層n去除。由於二氧化鈦塗層m的存在，聚合物污染層n的附著較沒有塗覆二氧化鈦塗層m的等離子體處理腔室100差，因此也更容易去除。

進一步地，在本發明的優選實施例中，所述聚合物污染層的厚度取值範圍小於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。

進一步地，所述二氧化鈦塗層的厚度的取值範圍為20mm~80mm，例如21nm、25nm、32nm、40nm、45nm、48nm、50nm、51nm、54nm、58nm、60nm、65nm、70nm、73nm、78nm等。其中，所述二氧化鈦塗層應該是消耗型的，即當腔體內部的二氧化鈦塗層消耗殆盡可以重新對腔體內壁生長二氧化鈦塗層。

進一步地，所述二氧化鈦通過設置於腔體表面的方法包括：化學氣相沉積、等離子體噴塗、反應濺射、溶膠凝膠、液相沉積。

其中，若採用化學氣相沉積方法製備，在化學氣相沉積機台內通入O₂ 、TiCl₄ 並耦合射頻能量使其激發成為真空。並且，所述化學氣相沉積等離子體處理腔室內的高頻輸出為320W、反應溫度為110^o C。

進一步地，所述腔體內部區域包括腔體內壁、氣體噴淋頭、基台。

進一步地，當所述聚合物污染層的厚度取值範圍大於2nm，打開所述真空處理腔室的腔體進行人工去除。

可選地，當所述聚合物污染層的厚度取值範圍大於2nm，向真空處理腔室內通入清潔氣體並耦合射頻能量，使得所述清潔氣體產生等離子體對所述聚合物污染層進行去除。其中，所述清潔氣體包括氧氣。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的請求項來限定。

100‧‧‧等離子體處理腔室
102‧‧‧腔體
103‧‧‧氣體源
104‧‧‧射頻電源
105‧‧‧真空泵
106‧‧‧靜電夾盤
107‧‧‧等離子體約束環
108‧‧‧接地端
109‧‧‧上電極
m‧‧‧二氧化鈦塗層
P‧‧‧處理區域
W‧‧‧基片

圖1是等離子體處理腔室的結構示意圖； 圖2是根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的結構示意圖； 圖3是根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的結構示意圖。

100‧‧‧等離子體處理腔室

102‧‧‧腔體

103‧‧‧氣體源

104‧‧‧射頻電源

105‧‧‧真空泵

106‧‧‧靜電夾盤

107‧‧‧等離子體約束環

108‧‧‧接地端

109‧‧‧上電極

P‧‧‧處理區域

W‧‧‧基片

Claims (12)

1. 一種能夠自清潔的真空處理腔室，所述真空處理腔室包括一腔體，基片放置於所述腔體之中進行製程，其中所述腔體內部區域上設置有二氧化鈦塗層。
2. 如請求項1所述的真空處理腔室，其中所述二氧化鈦塗層用於對所述腔體內部產生的聚合物污染層進行去除。
3. 如請求項2所述的真空處理腔室，其中所述聚合物污染層的厚度取值範圍小於2nm。
4. 如請求項2所述的真空處理腔室，其中所述二氧化鈦塗層的厚度的取值範圍為20mm~80mm。
5. 如請求項2所述的真空處理腔室，其中所述二氧化鈦塗層設置於所述腔體表面的方法包括：化學氣相沉積、等離子體噴塗、反應濺射、溶膠凝膠、液相沉積。
6. 如請求項5所述的真空處理腔室，其中若採用化學氣相沉積方法製備所述二氧化鈦塗層，在化學氣相沉積機台內通入O₂ 、TiCl₄ 並耦合射頻能量使其激發成為等離子體。
7. 如請求項6所述的真空處理腔室，其中所述化學氣相沉積等離子體處理腔室內的高頻輸出為320W，反應溫度為110^o C。
8. 如請求項2所述的真空處理腔室，其中所述腔體內部區域包括腔體內壁、氣體噴淋頭、基台。
9. 如請求項2所述的真空處理腔室，其中當所述聚合物污染層的厚度取值範圍大於2nm，打開所述真空處理腔室的腔體進行人工去除。
10. 如請求項2所述的真空處理腔室，其中當所述聚合物污染層的厚度取值範圍大於2nm，向真空處理腔室內通入清潔氣體並耦合射頻能量，使得所述清潔氣體產生等離子體對所述聚合物污染層進行去除。
11. 如請求項10所述的真空處理腔室，其中所述清潔氣體包括氧氣。
12. 如請求項1所述的真空處理腔室，其中所述真空處理腔室包括等離子體刻蝕機台、化學氣相沉積機台、MOCVD機台。