TWI388027B - 用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法及蝕刻腔室、製程腔室之清潔方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於製程腔室之清潔方法，且特別是有關於一種蝕刻腔室之清潔方法。
半導體積體電路(IC)產業已經歷過快速的成長。IC材料和設計的技術進步使得IC的生產世代不停地推新，每個世代都較前個世代有更小及更複雜的電路。然而，這些進步也增加了製造IC製程的複雜性，因此IC製程也需要有同樣的進展才能實現更先進的積體電路IC製程。在IC革新的過程中，功能密度(亦即每個晶片區域上互連裝置的數量)已普遍地增加，然而幾何尺寸(亦即在製程中所能創造的最小元件或線)也越來越小。這些縮小尺寸的製程通常能增加產品效能和提供較低的相關成本。
在製造IC的製程中，這些縮小尺寸的製程需要最小化對雜質及污染物的容忍度。即使僅有小量的雜質及污染物存在仍會對製程及最終製造出來的裝置有負面影響。現今用來減少外部途徑(例如人為途徑)及內部途徑(在製程腔室中)污染物的方式，包含改善清潔室的品質、利用自動化設備來減少暴露及在製程腔室中導入各種清潔方法。然而，特別在處理受污染的製程腔室時，傳統的清潔方法仍會造成不想要的結果。例如，當處理獨立的晶圓批時，現有的清潔方法造成頭片晶圓效應(first wafer effect)及在一晶圓批(wafer lots)中有較差的的晶圓間關鍵尺寸變異值。因此，每個晶圓批需要包含一些虛置晶圓來作製程處理以使全部的真實晶圓能夠在進行製程時反應出一致的關鍵尺寸及性質，而造成製造成本及時間的增加。再者，在晶圓批與晶圓批之間，現有清潔方法所需要較長的清潔時間，造成清潔晶圓批所需的平均時間增加並增加對於暴露製程腔室的損壞。
因此，業界需要的是一種製程腔室之清潔方法來解決上述之問題。
本發明提供一種用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，包含：提供一蝕刻腔室；導入一含有惰性氣體之第一氣體至該蝕刻腔室持續一第一時間；以及在該第一時間後，傳送一第一晶圓至該蝕刻腔室，對該第一晶圓進行一蝕刻製程。
本發明也提供一種蝕刻腔室之清潔方法，包含：提供複數個包含至少一晶圓之晶圓批(wafer lots)；傳送該複數個晶圓批之至少一晶圓進入一蝕刻腔室，對該複數個晶圓批之至少一晶圓進行一蝕刻製程；以及在傳送該複數個晶圓批之至少一晶圓進入該蝕刻室之前，導入一包含惰性氣體之第一氣體至該蝕刻腔室。
本發明更提供一種製程腔室之清潔方法，其中該製程腔室包含一蝕刻腔室，該方法包含：提供一包含複數個晶圓之晶圓批；傳送該複數個晶圓之每一晶圓進入蝕刻腔室以進行一蝕刻製程；在一第一晶圓傳送進入蝕刻腔室之前，導入一第一氣體至該蝕刻腔室中，其中該第一氣體包含一惰性氣體：以及在每一次傳送晶圓進入該蝕刻腔室之時，導入一第二氣體至該蝕刻腔室。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明接下來將會提供許多不同的實施例以實施本發明中不同的特徵。各特定實施例中的組成及配置將會在以下作描述以簡化本發明。這些為實施例並非用於限定本發明。在本說明書的各種例子中可能會出現重複的元件符號以便簡化描述，但這不代表在各個實施例及/或圖示之間有何特定的關連。
以下將參考第1圖及第2圖描述方法100。第1圖顯示為用以預處理及穩定製程腔室之方法100之一實施例的流程圖。第2圖顯示為依照方法100之一實施例之各種製程中之部分或完全的時序表200。可知的是，可在方法100之前、之中及之後的步驟加入額外的步驟，在額外實施例中，某些如下描述步驟可被替換或刪除。更知道的是，可在時序表200內加入額外的特徵，在額外實施例中，某些如下描述的特徵可被替換及去除。在方法100目前實施例中，可有效地減少在製程腔室中的雜質及污染物。特別是方法100提供了對於製程腔室之預熱及穩定化的處理製程以消除製程腔室的損害及減少製程時間、晶圓間關鍵尺寸變異值及頭片晶圓效應。
參見第1圖及第2圖，方法100起始於步驟102，其係為提供包含至少一個晶圓之晶圓批及製程腔室。可知的是，也可提供複數個製程腔室及/或複數個晶圓批。
晶圓批包含至少一個晶圓，且在某些實施例中，包含複數個晶圓。晶圓包含基材(例如半導體基材)、罩幕(光罩或光標(reticle)，集合通稱為罩幕)或在任何在其上可進行製程產生材料層、圖案化元件及/或積體電路之基底材料。在本實施例中，如第2圖所示，晶圓批包含25片晶圓，晶圓W1、W2、W3...至W25。在另一實施例中，晶圓批可包含更多或更少的晶圓。每片晶圓(W1至W25)，皆可傳送至製程腔室中進行製程。
製程腔室可包含任何合適的製程腔室。在本實施例中，製程腔室為蝕刻腔室。蝕刻腔室可包含任何合適於完成蝕刻製程的元件。例如，蝕刻腔室可包含具有複數個牆壁的外殼、一組門、用於傳送晶圓的機械系統、至少一個氣體供應系統、至少一個排氣系統、空氣循環系統、顆粒過濾器、出口系統、其他任何合適元件及/或前述之組合。
製程腔室中可用於進行任何合適製程。在本實施例中，製程腔室為用來進行蝕刻製程，蝕刻製程可包含乾蝕刻、濕蝕刻及/或其他蝕刻方法(例如反應性離子蝕刻)。蝕刻製程可為純化學(電漿蝕刻)、純物理(離子碾磨)及/或前述之組合。在一實施例中，蝕刻腔室為高介電常數/金屬閘極之蝕刻腔室。在另一實施例中，蝕刻腔室為非高介電常數材料之蝕刻腔室。在某些實施例中，蝕刻腔室為多晶矽蝕刻腔室。再者，蝕刻腔室為在前閘極製程及/或後閘極製程中進行蝕刻製程。在本實施例中，蝕刻腔室為高介電常數/金屬閘極之蝕刻腔室。
在某些實施例中，製程腔室可用於沉積及/或光學微影圖案化製程。沉積製程可包含化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、濺鍍、電鍍或其他合適方法及/或前述之組合。光學微影圖案化製程可包含光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烘烤、罩幕對準、曝光、後曝光烘烤、光阻顯影、潤洗、乾燥(例如硬烘烤)及/或前述之組合。光學微影曝光製程也可以其他合適方法實施或替換，例如無罩幕光學微影、電子束寫入、離子束寫入及分子拓印。
在本實施例中，在蝕刻製程中可於晶圓中形成複數個圖案化元件。這些圖案化元件包含許多小或密集的元件，其可由關鍵尺寸來定義(例如，閘極寬度、線的最小寬度或在晶圓製造過程中兩條線之間可允許的最小距離)。在晶圓製造過程中，可能導致圖案化的尺寸及幾何圖形的變化。例如，導致晶圓批中之每個晶圓的關鍵尺寸有顯著的變化(例如晶圓間關鍵尺寸(wafer to wafer CD)的變異)。在某些情況下，這些變化是由蝕刻製程及接收晶圓前用於穩定蝕刻腔室的製程所殘留的副產物產生。並且，頭片晶圓效應產生時，其中晶圓批中前幾片的晶圓的關鍵尺寸相對於晶圓批中剩餘的晶圓有顯著的變化。現有預防頭片晶圓效應及較差的晶圓間關鍵尺寸變異的對策，包含提供晶圓批已陳化的晶圓(seasoned wafer)(例如，虛置晶圓)作為前幾片晶圓來進行製程直到關鍵尺寸變化消失，如此晶圓批中剩下的晶圓即可有均勻的關鍵尺寸。
通常，在晶圓批的第一片晶圓傳送進入蝕刻腔室之前及在晶圓批的每個晶圓傳送至進入蝕刻腔室以進行製程處理之間的空檔，可利用各種步驟來穩定蝕刻腔室(例如預熱腔室至適當溫度)及清除前次製程所留下之副產物。例如，使用組合氣體，例如六氟化硫及氧氣，在蝕刻晶圓批中任何一個晶圓進行蝕刻製程之前預處理蝕刻腔室，且六氟化硫/氧氣混合物可用於在晶圓批中的每片晶圓進行蝕刻之間的空檔清潔蝕刻腔室。可觀察到，六氟化硫/氧氣混合物產生了頭片晶效應及較差的晶圓間關鍵尺寸變異。再者，以六氟化硫/氧氣混合物作預處理需要較長的時間，約需1500sec(25mins)，因此在晶圓批與晶圓批之間所需清潔平均時間較長。由於以六氟化硫/氧氣混合物清潔需較長的清潔時間，導致蝕刻腔室的損害(例如石英損壞及/或O型環損壞)及較差的顆粒效能(particle performance)。
因此，本實施例提供一種方法，以惰性氣體預熱及穩定腔室以避免造成腔室損壞。特別地，本實施例中，於步驟104導入了第一氣體進入蝕刻腔室。此第一氣體包含惰性氣體用以老化(aging)或預陳化(pre-seasoning)蝕刻腔室。惰性氣體可包含氬氣、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣、氮氣、其他合適氣體及/或前述之組合。第一氣體可以任何合適的流速導入至製程腔室中持續任何合適時間。此外，蝕刻腔室可維持任何合適壓力以提供第一氣體及利用任何合適的電源(例如射頻功率)及偏壓源。
在本實施例中，於步驟104，第一氣體包含氬氣，導入至蝕刻腔室中。由維持蝕刻腔室的壓力約在3.8mTorr及以約50至1000sccm(標準立方公分/分鐘)之流速提供約600sec(10分鐘)來導入氬氣。導入氬氣至製程腔室中更包含利用約100至3000Watts的電源功率(source power)及約為0的偏壓功率(bias power)。在另一實施例中，電漿處理條件可有較大的範圍。並且，蝕刻腔室的牆壁溫度為維持在約50至80℃。在某些實施例中，可在不同溫度下提供靜電夾頭(electrostatic chuck；ESC)。例如，靜電夾頭可提供中心為35℃、中間為30℃及邊緣為30℃的溫度。在某些實施例中，第一氣體可多次重複導入至蝕刻腔室中。
第一氣體處理製程可有效地由製程腔室移除污染物及雜質，提供更理想的環境來製造晶圓。利用惰性氣體作為第一氣體來預熱及穩定蝕刻腔室以達到所需的溫度環境而不會損害部分的蝕刻腔室。基本上，腔室的表面不會遭到用以預處理腔室的惰性氣體影響。此外，惰性氣體的處理可較快完成，無須比六氟化硫/氧氣混合物更久的清潔時間，其可改善晶圓批的平均清洗時間及每小時的可製造的晶圓數量，特別是減少晶圓製程的相關成本。再者，惰性氣體處理製程避免了頭片晶圓效應，消除了將晶圓批中的頭片晶圓替換為虛置晶圓的必要，並且惰性氣體的處理製程可改善晶圓間關鍵尺寸的變異(例如，晶圓批中的每片晶圓具有大致相同的關鍵尺寸)。
步驟106係為導入第二氣體至蝕刻腔室中。第二氣體包含六氟化硫、氧氣、四氟化碳、氬氣、其他合適製程及/或前述之組合。在其他實施例中，導入至蝕刻腔室中的第二氣體包含四氟化碳及氬氣的組合。在其他實施例中，導入至蝕刻腔室中的第二氣體包含四氟化碳及氧氣的組合。第二氣體可以任何的流速導入至蝕刻腔室並持續任何合適的時間。例如，包含六氟化硫及氧氣(及選擇性地更包含氬氣)的第二氣體可導入至蝕刻腔室約180sec(3mins)。六氟化硫的流速約為100至1000sccm、氧氣的流速約為10至300sccm及氬氣的流速約為10至1000sccm。導入第二氣體至製程腔室更包含利用約100至3000Watts的電源功率。並且，蝕刻腔室的牆壁溫度維持在約50至80℃。在某些實施例中，可在各種溫度下提供靜電接頭(ESC)。例如，靜電接頭(ESC)可提供中心為35℃、中間為30℃及邊緣為30℃的溫度。此外，蝕刻腔室可維持在任何合適的壓力以提供第二氣體，及可利用任何合適電源及偏壓源。可知的是，在另一實施例中，可重複步驟106或將其省略。
如第2圖所示，第一氣體及第二氣體為在晶圓批中的任何晶圓傳送進入至蝕刻腔室之前導入至蝕刻腔室中。然後，步驟108為將晶圓批的第一晶圓W1傳送進入蝕刻腔室中，對第一晶圓進行蝕刻製程。如前述，蝕刻製程可包含乾蝕刻、濕蝕刻、電漿蝕刻及/或其他合適蝕刻方法(例如反應性離子蝕刻)。在本實施例中，第一晶圓並沒有產生前述之頭片晶圓效應，而使其關鍵尺寸能與晶圓批中持續製程處理後的晶圓大致相同，因此消除了將頭片晶圓替換為虛置晶圓的必要。可知的是，可以任何順序導入第一氣體及導入第二氣體，在某些實施例中，可不停地重複前述的每個步驟。在某些實施例中，第一氣體及第二氣體可在晶圓批的第一晶圓傳送進入蝕刻腔室中之後，再導入蝕刻腔室中。
步驟110為導入第三氣體至蝕刻腔室中。可知的是，在提供第三氣體進入至蝕刻腔室之前或之後，可移除經蝕刻的第一晶圓。第三氣體包含六氟化硫、氧氣、四氟化碳、氬氣、其他合適氣體及/或前述之組合。在本實施例中，導入蝕刻腔室之第三氣體包含六氟化硫及氧氣(及可選擇性地更包含氬氣)的組合。在其他實施例中，導入蝕刻腔室的第三氣體可包含四氟化碳及氬氣的組合。在更其他實施例中，導入蝕刻腔室的第三氣體可包含四氟化碳及氧氣的組合。在其他實施例中，第三氣體的選擇可依照在蝕刻腔室中的所進行的特定蝕刻製程來決定。第三氣體可以任何合適的流速導入至蝕刻腔室中並持續任何合適的時間。例如，第三氣體可導入至蝕刻腔室中約60sec。六氟化硫的流速約在100至1000sccm、氧氣的流速約在10至300sccm及氬氣的流速約在10至100sccm。導入第三氣體進入蝕刻腔室更包含利用約100至300Watts的電源功率。並且，蝕刻腔室的牆壁溫度維持在約50至80℃。在某些實施例中，可在不同的溫度下提供靜電接頭(ESC)。例如，靜電接頭(ESC)可提供中心為35℃、中間為30℃及邊緣為30℃的溫度。此外，蝕刻腔室可維持在任何合適的壓力以提供第三氣體，即可利用任何合適電源及偏壓源。可知的是，在另一實施例中，可重複多次導入第三氣體至蝕刻腔室中。在另一實施例中，第三氣體可以任何合適的順序與第一氣體及第二氣體一起導入。
如第2圖所示，步驟112為對晶圓批中的每個晶圓重複進行步驟108至步驟112。在本實施例中，對W2至W25重複進行步驟108至步驟112。例如，在導入第三氣體進入至蝕刻腔室後，傳送W2至蝕刻腔室並在其中進行蝕刻製程。當W2移除之後，再次導入第三氣體進入蝕刻腔室中。隨後，再傳送W3至蝕刻腔室中，並接著繼續同樣的步驟，直到晶圓批中的每個晶圓皆傳送至蝕刻腔室中及進行蝕刻製程。在某些實施例中，方法100為連續不斷的重複，直至複數個各含有至少一個晶圓之晶圓批皆已持續製程處理。再者，在另一實施例中，可在傳送每個晶圓至蝕刻腔室之間的空檔使用第一氣體。
在本實施例中，包含在晶圓批傳送進入蝕刻腔室前，先對其作惰性氣體處理製程，提供一解決方案以預熱及穩定蝕刻腔室來避免對蝕刻腔室的損壞。綜上所述，本實施例提供一或多個如下所述之優點：(1)減少製程腔室中的污染物及雜質；(2)減少頭片晶圓效應；(3)改進晶圓關鍵尺寸的變化；(4)使長期使用製程腔室所帶來的損害最小化；(5)減少用於清潔的平均時間；(6)減少對晶圓批作製程處理的成本：(7)增加每小時可對晶圓作製程處理的數量。可知的是，不同的實施例會有不同的優點，且無需特定的優點適用於全部的實施例。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200．．．時序表
第1圖為依照本發明之一實施例之製程腔室之清潔方法的流程圖。
第2圖為依照第1圖之清潔方法之各階段時序表。
200．．．時序表
Claims (26)
- 一種用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，包含：提供一蝕刻腔室；導入一僅含有惰性氣體之第一氣體至該蝕刻腔室持續一第一時間；以及在該第一時間後，傳送一第一晶圓至該蝕刻腔室，對該第一晶圓進行一蝕刻製程。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中該惰性氣體係包含氬氣。
- 如申請專利範圍第2項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中導入該第一氣體係包含維持該蝕刻腔室的壓力在約3.8 mTorr、以約50至1000 sccm之流速提供該第一氣體至該蝕刻腔室、持續約600 sec之該第一時間及維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在約50至80℃之間。
- 如申請專利範圍第2項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中導入該第一氣體係包含利用約100至3000 Watts的電源功率(source power)及約為0的偏壓功率(bias power)。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中該惰性氣體係包含氦氣、氖氣、氪氣、氙氣、氮氣或前述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，更包含在導入該第一氣體進入該蝕刻腔室之後，導入一第二氣體至蝕刻腔室持續一第二時間。
- 如申請專利範圍第6項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中該第二氣體係包含六氟化硫及氧氣；四氟化碳及氬氣；或四氟化碳及氧氣之組合。
- 如申請專利範圍第7項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中導入該第二氣體係包含提供流速約100至1000 sccm之六氟化硫、提供流速約10至300 sccm之氧氣、導入該第二氣體持續約180 sec之第二時間及維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在約50至80℃之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中導入該第二氣體係包含利用約100至3000 Watts之電源功率。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，更包含在對該第一晶圓進行該蝕刻製程之後，導入一第三氣體至該蝕刻腔室中持續一第三時間；以及在該第三時間之後，傳送一第二晶圓進入該蝕刻腔室，對該第二晶圓進行該蝕刻製程。
- 如申請專利範圍第10項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，該第三氣體係包含六氟化硫及氧氣；四氟化碳及氬氣；或四氟化碳及氧氣之組合。
- 如申請專利範圍第11項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中導入該第三氣體係包含，提供流速約100至1000 sccm之六氟化硫、提供流速約10至300 sccm之氧氣、導入該第三氣體持續約60 sec之第三時間及維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在50至80℃之間。
- 如申請專利範圍第12項所述之用以預處理及穩定蝕刻腔室之方法，其中導入該第三氣體係包含利用約100至3000 Watts之電源功率。
- 一種蝕刻腔室之清潔方法，包含；提供複數個包含至少一晶圓之晶圓批(wafer lots)；傳送該複數個晶圓批之至少一晶圓進入一蝕刻腔室，對該複數個晶圓批之至少一晶圓進行一蝕刻製程；以及在傳送該複數個晶圓批之至少一晶圓進入該蝕刻室之前，導入一僅包含惰性氣體之第一氣體至該蝕刻腔室。
- 如申請專利範圍第14項所述之蝕刻腔室之清潔方法，其中該惰性氣體係包含氬氣。
- 如申請專利範圍第15項所述之蝕刻腔室之清潔方法，其中導入該第一氣體係包含維持該蝕刻腔室的壓力在約3.8 mTorr、以約50至1000 sccm之流速提供該第一氣體至該蝕刻腔室、持續600 sec的時間及維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在約50至80℃之間。
- 如申請專利範圍第16項所述之蝕刻腔室之清潔方法，其中導入該第一氣體係包含利用約100至3000 Watts之電源功率及約為0的偏壓功率(bias power)。
- 如申請專利範圍第14項所述之蝕刻腔室之清潔方法，更包含在導入該第一氣體至該蝕刻腔室之後，導入一第二氣體至該蝕刻腔室。
- 如申請專利範圍第18項所述之蝕刻腔室之清潔方法，其中該第二氣體係包含六氟化硫及氧氣；四氟化 碳及氬氣；或四氟化碳及氧氣之組合。
- 如申請專利範圍第19項所述之蝕刻腔室之清潔方法，其中導入該第二氣體係包含提供流速約100至1000 sccm之六氟化硫、提供流速約10至300 sccm之氧氣及維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在50至80℃之間。
- 如申請專利範圍第20項所述之蝕刻腔室之清潔方法，其中導入該第二氣體係包含利用約100至3000 Watts之電源功率。
- 一種製程腔室之清潔方法，其中該製程腔室包含一蝕刻腔室，該方法包含：提供一包含複數個晶圓之晶圓批；傳送該複數個晶圓之每一晶圓進入蝕刻腔室以進行一蝕刻製程；在該複數個晶圓中的一第一晶圓傳送進入蝕刻腔室之前，導入一第一氣體至該蝕刻腔室中，其中該第一氣體僅包含一惰性氣體：以及在每一次傳送晶圓進入該蝕刻腔室之時，導入一第二氣體至該蝕刻腔室。
- 如申請專利範圍第22項所述之製程腔室之清潔方法，其中該第一氣體係包含氬氣、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣、氮氣或前述之組合。
- 如申請專利範圍第23項所述之製程腔室之清潔方法，其中導入該第一氣體係包含提供流速約50至1000 sccm之六氟化硫、維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在50至80℃之間及利用約100至3000 Watts之電源功率。
- 如申請專利範圍第22項所述之製程腔室之清潔方法，其中該第二氣體係包含六氟化硫、氧氣、四氟化碳、氬氣或前述之組合。
- 如申請專利範圍第25項所述之製程腔室之清潔方法，其中導入該第二氣體係包含提供流速約100至1000 sccm之六氟化硫、提供流速約10至300 sccm之氧氣、維持該蝕刻腔室之牆壁溫度在50至80℃之間及利用約100至3000 Watts之電源功率。
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