TWI381888B - 清潔腔室部件所用之方法與設備 - Google Patents

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Description

清潔腔室部件所用之方法與設備
本發明涉及半導體元件之製造，特別是一種用於清潔腔室部件之方法及設備，該些部件係在半導體元件製造過程中使用。
沉積室之氣體分配系統可包括一面板、氣體分配板，或是具有一或多個洞、開口及/或其他孔洞的其他氣體分配元件，在半導體元件處理過程中，氣體係流經該些洞、開口及/或孔洞。在腔室中進行之沉積製程中，氣體分配元件之孔洞及其他表面可能會變成塗覆有例如沉積製程之沉積物質、沉積副產物等物質。
為了確保沉積室及氣體分配元件之適當操作，氣體分配元件可經過週期性的清洗，以自氣體分配元件之各表面及/或孔洞上移除任何之沉積物質。舉例來說，可將氣體分配元件置放在清潔溶液中，而清潔溶液可以自氣體分配元件之孔洞及其他表面上蝕刻掉沉積物質。然而，此種清潔處理可能會傷害氣體分配元件並限制其使用壽命。因此，需要一種用於清潔腔室部件(例如氣體分配元件)之改良方法。
在本發明之第一實施態樣中，係提供一種用於清潔具有一孔洞之一半導體製造腔室部件的方法。該方法包括：(A)將部件放置於具有一清潔溶液之一浴(bath)中；(B)將一流體流入孔洞中，藉以維持孔洞之至少一第一部分不具有清潔溶液，且同時清潔溶液可清潔該部件；以及(C)將流體自孔洞中抽出，則清潔溶液進入孔洞之第一部分中，並清潔孔洞之第一部分。
在本發明之第二實施態樣中，係提供一種用於清潔具有一孔洞之一半導體製造腔室部件的方法。該方法包括：(A)將部件放置於具有一清潔溶液之一浴(bath)中；(B)將一流體流入孔洞中，藉以在清潔溶液清潔該部件之一第二部分的同時，可維持孔洞之至少一第一部分不具有清潔溶液；以及(C)將流體自孔洞中抽出，則清潔溶液進入孔洞之第一部分中，並清潔孔洞之第一部分。
在本發明之第三實施態樣中，係提供一種用於清潔一半導體元件製造部件之設備。該設備包括：(A)一架，具有一表面，該表面係適以耦接部件並與部件形成一流體密封；以及(B)至少一入口，在以一清潔流體清潔該部件之過程中，該入口係適以傳送一流體至該部件，並施加一真空至該部件。
由下方詳細說明、申請專利範圍及所附圖式，本發明之其他特徵及實施態樣將變得完全明顯。
本發明係提供一種用於清潔腔室部件之方法及設備，而該些部件係在半導體元件製造過程中使用。更特定的說，係提供一種方法及設備，其允許在清潔腔室部件之同時，亦可保護可能在清潔處理中受到損壞的部件之小型幾何結構。
此外，本發明提供一種製備清潔溶液及使用清潔溶液的方法。清潔溶液具有清潔劑(例如蝕刻劑)，其可自部件(例如氣體分配元件)上移除殘留物。清潔溶液亦可具有鈍化劑，其可以與待清潔之部件反應而例如降低部件之腐蝕。
如上所述，沉積室之氣體分配系統可包括一面板、氣體分配板，或是具有一或多個洞、開口及/或其他孔洞的其他氣體分配元件，在半導體元件處理過程中，氣體係流經該些洞、開口及/或孔洞。在腔室中進行之沉積製程中，氣體分配元件之孔洞及其他表面可能會變成塗覆有例如沉積製程之沉積物質、沉積副產物等物質。
為了確保沉積室及氣體分配元件之適當操作，氣體分配元件可經過週期性的清洗，以自氣體分配元件上移除任何之沉積物質。一般來說，係將氣體分配元件置放在清潔溶液中(例如：酸浴)，而清潔溶液可以自氣體分配元件之孔洞及其他表面上蝕刻掉沉積物質。然而，使用此種酸浴可能會過度蝕刻及/或損害氣體分配元件之孔洞及/或其他小型幾何形狀之特徵結構，此乃因為氣體分配元件之大型平坦表面具有相對較厚之沉積層，因此相對於形成在氣體分配元件之孔洞中及/或其他小型幾何形狀之特徵結構上之層而需要較長之移除時間。此種對於氣體分配元件之小型幾何形狀之特徵結構的侵略性清潔會限制氣體分配元件之使用壽命。
本發明之方法及設備係允許清潔腔室部件(例如氣體分配元件)之同時，亦可保護可能在清潔處理中受到損害之部件的小型幾何結構。舉例來說，在本發明之部分實施例中，氣體分配元件可包括一主表面(例如在處理過程中面向一基材)，一或多個孔洞係形成於主表面中，並延伸穿過氣體分配元件。為了清潔氣體分配元件之主表面並同時保護孔洞，係將主表面放置在清潔溶液中，並將氣體導入孔洞中。導入孔洞中的氣體會防止清潔溶液進入孔洞中，或是限制清潔溶液進入孔洞中，並同時使主表面可以被清潔。
在氣體分配元件之主表面被清潔之後，可降低或消除流入孔洞之氣體而允許清潔溶液進入孔洞中以清潔孔洞。在部分實施例中，可使用真空以將清潔溶液吸引通過孔洞。
藉此，在第一清潔階段中，可清潔大型且較為蝕刻不敏感性之特徵結構(例如：氣體分配元件之主表面)，而在較受控制之第二清潔階段中，則可清潔小型且較為蝕刻敏感性的特徵結構(例如：氣體分配元件之孔或其他孔洞)。本發明之該些及其他實施例可用於清潔其他腔室部件。本發明之示範實施例將參照「第1A~7圖」而描述如下。
「第1A圖」為腔室部件100(例如：面板或其他氣體分配元件)之側視圖，其具有一孔洞102(例如：一孔或是延伸穿過部件100之成形開孔)。雖然圖中未示，部件100亦可包括類似孔洞102之額外孔洞。部件100可例如用於化學氣相沉積或是相似製程，而在該些製程中，氣體係通過部件100並在基材(圖中未示，例如半導體晶圓)上反應及/或沉積在基材上。在使用過程中，部件100係暴露於沉積物質、沉積副產物等(例如：氟化鋁及氟化矽)。最後，沉積物質及副產物之殘留物則聚積在孔洞102中以及部件100之前表面104上。當殘留物在孔洞102繼續增多，則會對通過孔洞102之氣體流速造成不利影響。更特定的說，流速會降低，且其可能對沉積室中之沉積造成不利影響，因此，部件100在沉積操作之過程中，會變得不可靠及/或無法使用。
部件100可以經過清潔，以自部件100之孔洞102及表面104移除殘留物。一般來說，部件100係放置在具有清潔溶液106之浴(bath)中，清潔溶液106包括蝕刻劑(例如：可分解殘留物之酸)。蝕刻劑自孔洞102及表面104蝕刻掉殘留物。然而，蝕刻劑會腐蝕部件100，因此使得孔洞102之尺寸改變，最終導致部件100變為無法使用。
「第1B圖」係為「第1A圖」之孔洞102的示範性實施例之分解視圖。亦可使用其他的孔洞形狀及/或尺寸。孔洞102包括一窄部分102a，其具有寬度X1 及長度Y1 。
在清潔過程中，清潔溶液106可蝕刻孔洞102，而使得孔洞102變得較寬及/或較短。舉例來說，由於蝕刻劑腐蝕部分102a，故部分102a之寬度X1 可增加至寬度X2 。再者，部分102a之長度Y1 可減少至長度Y2 。
孔洞102之流動特性可受到孔洞102之寬度及/或長度的改變之影響，因而影響部件100之沉積能力。再者，雖然圖中未示出，部件100可包括數個孔洞。在部分實例中，清潔溶液係非均勻地腐蝕孔洞，因此在清潔之後，孔洞可具有不同之寬度及/或長度。在部件100之孔洞具有不同尺寸的實例中，部件100無法均勻地將氣體分配至基材上。因此，沉積層為非均勻，且可能超出容限值。
根據本發明，係提供一種均勻地清潔部件之方法，其中在部件之清潔過程中，係使得孔洞之一部分與清潔溶液之接觸最小化。「第2圖」係為根據本發明之置放在浴204中的部件100之側視圖。浴204包括一清潔溶液，其可自部件100移除殘留物。如參照「第4圖」而更詳細描述於後者，浴204中的清潔溶液可根據部件100之清潔需求而形成。
參照「第2圖」，部件100係附接至架206，而架206具有配置以允許流體208流入架206中的通道210。在一實施例中，架206係為中空，且配置以使得當將部件100放置在架206上時，部件100與架206之間具有一流體密封，例如藉由一或多個O形環或其他密封件(圖中未示)。再者，架206係經配置以使得架206在部件100之上表面上維持一壓力。架206可例如由對酸或其他蝕刻劑為非反應性之材料構成，例如：聚乙烯等。
「第3圖」係為部件100之孔洞102的示範性實施例之側視圖。孔洞102包括：第一窄部分302、第二部分304以及第三部分305。第一窄部分302具有寬度X1 及長度Y1 ，其係在很大程度上支配通過部件100之氣體的流動特性。於本發明之一實施例中，寬度X1 係介於約12微米~約20微米之間，且較佳為約16微米。然而，第一窄部分302之寬度X1 可根據部件100之應用而改變。舉例來說，需要來自部件100之氣體具有高流速的應用中，可具有較寬的孔洞。可選擇地，在需要較低流速的應用中，可具有較窄的孔洞。
在一實施例中，長度Y1 係介於約40密爾(mils)~約45密爾之間，且較佳為約43密爾。應注意的是，第一窄部分302之長度Y1 可根據部件100之應用而改變。更進一步的說，需要較快流速之應用可具有較短之長度。另一方面，需要較慢流速之應用可具有較長之長度。舉例來說，第一窄部分302之長度Y1 以及第一窄部分302之寬度X1 可根據下列比率來決定：流速＝(12.1×(X1 )3 )/Y1 。
如下方會再進一步描述者，在至少一實施例中，當部件100之前表面104於浴204中以清潔溶液清潔時，部件100之第一窄部分302係受到保護。藉此，於清潔部件100時，第一窄部分302不會收到損害。舉例來說，部件100可以耦接至架206，接著，為了清潔部件100之前表面104，且同時保護第一窄部分302，可於前表面104放置在浴204之清潔溶液中的同時，透過架206的通道210而將流體(例如氣體)導入部件100的第一窄部分302中。在前表面104清潔之後，可暫停流至孔洞102之第一窄部分302的流體，以允許清潔流體流入第一窄部分302中並清潔之。舉例來說，可透過架206之通道210而施加真空至第一窄部分302，以吸引清潔流體流入孔洞102之第一窄部分302(如下將進一步描述者)。
「第4圖」繪示根據本發明之形成清潔溶液的過程400。參照「第4圖」，在步驟402中，決定部件(例如部件100)之清潔需求。舉例來說，可決定自部件100移除之殘留物的量。基於部件100之清潔需求，則可形成清潔溶液(於步驟404)。
舉例來說，清潔溶液的一部分可以為一蝕刻劑(例如氫氟酸【HF】，或是任何可以移除殘留物的物質)，以及清潔溶液的第二部分可以為鈍化劑(例如硝酸【HNO3 】或是任何防止腐蝕之物質)。根據本發明之一實施例，清潔溶液可以由約10% HF及約90% HNO3 形成。然而，清潔溶液中所使用之蝕刻劑的量以及所使用之鈍化劑的量係根據待清潔之部件的蝕刻需求而改變。更進一步的說，若需要較強之蝕刻，則清潔溶液包括約15% HF及約85% HNO3 。若需要較弱之蝕刻，則可使用具有約5% HF及約95% HNO3 的清潔溶液。亦可使用具有其他之蝕刻劑與鈍化劑的比例，及/或其他清潔溶液化學成分。在清潔溶液形成之後，在步驟406中，將清潔溶液放在浴(例如浴204)中，用以清潔部件(例如部件100)。
「第5圖」繪示根據本發明之一實施例而用於清潔部件之過程500。在步驟502中，將具有一孔洞之腔室部件置入清潔溶液中。舉例來說，參照「第2圖」，具有孔洞102之部件100係置入具有一清潔溶液之浴204中。一旦將部件100置入清潔溶液中之後，部件100則在步驟504中進行清潔。
在步驟504中，當清潔孔洞時，孔洞之至少第一部分維持不具有清潔溶液。舉例來說，如「第3圖」所示，孔洞102之第一窄部分302維持不具有清潔溶液(如圖所示之清潔溶液的上邊界204a)。根據本發明之一實施例，在部件之清潔過程中，藉由將氣體(例如：空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氙氣或是其他適合氣體)注入孔洞中，使部件之一部分(或全部)維持不具有清潔溶液。舉例來說，再次參照「第2圖」，當將部件100置放在浴204中時，氣體係通過通道210而注入架206中。氣體亦可在一壓力下注入部件100中，而此壓力可防止清潔溶液進入孔洞102之第一窄部分302(「第3圖」)。在部分實施例中，氣體可以在約1.1大氣壓~約1.5大氣壓下注入，但亦可使用其他壓力。
參照「第3圖」，當氣體通過通道210而注入架206中時，氣體會流入孔洞102之第一窄部分302。當氣體流入第一窄部分302，浴204維持在低於孔洞102之第一窄部分302的一末端302a。清潔溶液可以維持在任何其他期望高度，並可藉由調整架206中的壓力而將清潔溶液完全自孔洞102中排除。
如前所述，孔洞102之第一窄部分302的尺寸X1 及Y1 對於部件100之功能性係十分重要。末端302a係為第一窄部分302之最終端點，因此，當在清潔部件100之表面104時，若清潔溶液升高至高於末端302a，則清潔溶液會腐蝕第一窄部分302，因而改變尺寸X1 及Y1 。
在「第3圖」所示之實施例中，部件100之表面104的清潔係以浴204中的清潔溶液而沿著孔洞102之第二及第三部分304、305進行。在部分實施例中，用於清潔表面104及/或第二及第三部分304、305所需之時間為介於約10分~約5小時。亦可使用其他清潔時間。應注意的是，若第一窄部分302暴露於清潔溶液一段相同之時間(例如10分~5小時)，則第一窄部分302會腐蝕(例如：不能接收地)。一般來說，清潔之持續時間係取決於累積在部件100上的殘留物之類型與量。舉例來說，若部件100已在製程中使用，且已造成部件100上碳的累積，則清潔動作至少持續5小時。
在步驟506中，係清潔部件之孔洞的第一部分。舉例來說，可停止流入孔洞之氣流以允許清潔溶液進入孔洞中。在至少一實施例中，可施加真空至孔洞。舉例來說，在「第2圖」所示之實施例中，係施加真空至架206，以吸引清潔溶液通過孔洞102而離開架206之通道210。在部分實施例中，可施加至架206及/或孔洞102之真空係介於約250 mTorr(毫托)~約750 mTorr，較佳係約500 mTorr。當施加真空至孔洞102的第一窄部分302，清潔溶液會移動至第一窄部分302，並清潔其中之殘留物。
舉例來說，孔洞102的第一窄部分302可連續地被清潔(例如：清潔溶液可連續地與孔洞之第一部分接觸)。在一選擇性實施例中，清潔溶液可以循環進出孔洞的第一部分。在此實施例中，氣體係重複地唧打入第一部分及自第一部分中抽出(例如：在固定之時間間隔)，藉此，清潔溶液可被吸入孔洞102之第一窄部分302並接著自第一窄部分302移出。當將氣體唧打入第一窄部分302時，氣體會迫使清潔溶液離開第一窄部分302；當氣體被抽吸離開第一窄部分302時，則會再次產生真空，清潔溶液會移回至第一窄部分302中，以清潔殘留物。在至少一實施例中，孔洞之第一窄部分的清潔操作係進行約5分，但亦可使用較長或較短之清潔時間。
更進一步的描述，「第6圖」顯示清潔溶液位在孔洞102之第一窄部分302的位置204a，而位置204a係指示出清潔溶液在浴204中的頂端高度。一開始，氣體係唧打出孔洞102的第一窄部分302以形成真空。當將氣體唧打出而形成真空時，清潔溶液移動進入第一窄部分302。清潔溶液可以流經孔洞102的第一窄部分302或是保持在第一窄部分302中一段適當之時間。
可選擇地，氣體可唧打回孔洞102之第一窄部分302中，藉以迫使清潔溶液離開。在迫使清潔溶液移出第一窄部分302之後，再次將氣體唧打出孔洞102，因此，來自浴204的清潔溶液會移動進入第一窄部分302以進一步地進行清潔。此步驟會重複地進行直到第一部分已充分地被清潔。在完成孔洞的清潔之後，過程500則結束。
「第7圖」繪示根據本發明之一實施例而用以清潔製程室之部件的過程700。一開始，在步驟702中，將部件自製程室中移出。一旦部件已自製程室移出，則在步驟704中，將部件置入具有清潔溶液之浴中。當將部件置入浴中之時，過程700則進行步驟706。
在步驟706中，將流體(例如氮氣或是其他如惰性氣體之氣體)注入部件之孔洞的第一部分中。在孔洞之第二部分被清潔之同時，所注入之流體係用以預防清潔溶液進入孔洞的第一部分，藉此，在步驟708中，孔洞之第二部分被清潔，但清潔溶液卻不會腐蝕孔洞的第一部分。因此，在清潔處理之過程中，第一部分之尺寸得以維持。
在清潔孔洞之第二部分的過程中，清潔熔液係維持在孔洞的第二部分內(步驟710)。舉例來說，再次參照「第3圖」，在清潔第二部分304之過程中，流體係使浴204的清潔溶液維持在低於孔洞102之第一窄部分302的末端302a之下方。因此，在清潔第二部分304之同時，第一窄部分302係維持不具有清潔溶液。一旦第二部分已清潔，過程700則進行步驟712。
在步驟712中，係在孔洞之第一部分中形成真空。藉由將孔洞中之流體(於步驟708所供應)抽吸出孔洞，則可在孔洞之第一部分中形成真空。根據本發明之一實施例，可使用介於約250 mTorr~約750 mTorr之間的真空，較佳為約500 mTorr。當在孔洞之第一部分中形成真空時，清潔溶液進入孔洞中並清潔第一部分(步驟714)。
舉例來說，參照「第6圖」，當在孔洞102之第一窄部分302中形成真空時，浴204中的清潔溶液則進入第一窄部分302中。當清潔溶液進入第一窄部分302時，清潔溶液則移除累積在第一窄部分302中的殘留物。在一實施例中，清潔溶液停留在孔洞102之第一窄部分302中約5分(但亦可使用其他清潔時間)。在孔洞之第一部分被清潔之後，在步驟716中，將部件自溶液中移出，則過程700完成。
上方之說明僅揭露本發明之示範性實施例。落入本發明之範疇的上述設備及方法之修飾例對於熟悉該技術領域者係為明顯的。舉例來說，孔洞之第一部分暴露於清潔溶液之時間係取決於存在於其中之殘留物。另外，可使用具有多種蝕刻劑及/或鈍化劑的清潔溶液。因此，暴露孔洞之時間亦取決於所使用之清潔溶液。
惟本發明雖以較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的更動與潤飾，仍應屬本發明的技術範疇。
100．．．(腔室)部件
102．．．孔洞
102a．．．部分
104．．．表面
106．．．清潔溶液
204．．．浴
204a．．．上邊界/位置
206．．．架
208．．．流體
210．．．通道
302．．．第一窄部分
302a．．．末端
304．．．第二部分
305．．．第三部分
400．．．過程
402,404,406．．．步驟
500．．．過程
502,504,506．．．步驟
700．．．過程
702,704,706,708,710,712,714,716．．．步驟
X1 ,X2 ．．．寬度
Y1 ,Y2 ．．．長度
第1A圖，繪示具有孔洞之腔室部件的側視圖，例如面板或其他氣體分配元件。
第1B圖，繪示第1A圖之孔洞的示範性實施例之分解視圖。
第2圖，繪示根據本發明之放置在浴中的部件之側視圖。
第3圖，繪示第2圖之部件的孔洞之示範性實施例的側視圖。
第4圖，繪示根據本發明之形成清潔溶液的過程。
第5圖，繪示根據本發明之一實施例而清潔部件之過程的流程圖。
第6圖，繪示清潔溶液位於孔洞之第一窄部分的位置，該位置指示出清潔溶液位於浴中之頂端位置。
第7圖，繪示根據本發明之一實施例而用於清潔製程室之部件的過程。
100．．．(腔室)部件
102．．．孔洞
104．．．表面
204．．．浴
204a．．．上邊界/位置
302．．．第一窄部分
302a．．．末端
304．．．第二部分
305．．．第三部分
X1 ．．．寬度
Y1 ．．．長度

Claims (17)

  1. 一種用於清潔具有一孔洞之一半導體製造腔室部件的方法，該方法包括以下步驟：將該部件放置於具有一清潔溶液之一浴(bath)中；將一流體注入該孔洞中，藉以維持該孔洞之至少一第一部分不包括有該清潔溶液，且同時該清潔溶液清潔該部件；控制該孔洞與該清潔溶液接觸之時間量；以及將該流體自該孔洞中抽出，使得該清潔溶液進入該孔洞之該第一部分中，並清潔該孔洞之該第一部分；其中上述之將該流體自該孔洞中抽出的步驟包括：施加一真空至該孔洞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該部件為一氣體分配元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該部件為在一沉積室中所使用之一面板。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該清潔溶液包括氫氟酸(HF)；以及硝酸(HNO3 )。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該清潔溶液包括：約10%的氫氟酸以及約90%的硝酸。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該清潔溶液包括：約15%的氫氟酸以及約85%的硝酸。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該清潔溶液包括：約5%的氫氟酸以及約95%的硝酸。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該流體為氮氣。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該流體為一惰性氣體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該方法更包括以下步驟：在將該流體自該孔洞中抽出之後，將該流體注入該孔洞中；以及再一次將該流體自該孔洞中抽出。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之將該流體注入該孔洞中的步驟包括：將一架(jig)耦接至該部件；以及將該流體經由該架而注入該孔洞中。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該架與該部件形成一流體密封(fluid tight seal)。
  13. 一種用於清潔具有一孔洞之一半導體製造腔室部件的方法，該方法包括以下步驟：將該部件放置於具有一清潔溶液之一浴(bath)中；將一流體注入該孔洞中，藉以在該清潔溶液清潔該孔洞之一第二部分的同時，可維持該孔洞之至少一第一部分不包括有該清潔溶液；控制該孔洞與該清潔溶液接觸之時間量；以及將該流體自該孔洞中抽出，使得該清潔溶液進入該孔洞之該第一部分中，並清潔該孔洞之該第一部分；其中上述之將該流體自該孔洞中抽出的步驟包括：施加一真空至該孔洞。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該部件為一氣體分配元件。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該部件為在一沉積室中所使用之一面板。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該清潔溶液包括：氫氟酸(HF)；以及硝酸(HNO3 )。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中上述之將該流體注入該孔洞中的步驟包括：將一架(jig)耦接至該部件；以及將該流體經由該架而注入該孔洞中。
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