TWI455201B - 晶圓緣部處理方法及設備 - Google Patents
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Description
本發明係關於電漿處理，尤有關於晶圓緣部處理方法及設備。
電漿處理已長久被利用來處理基板及產生基板上的元件。一般來說，在電漿處理室中可經由多重步驟將基板加以處理，此多重步驟係設計成最終沉積及蝕刻基板的選定區域以於其上形成電子元件。在任何既定基板中，通常將基板的中央部份加以分隔成複數之晶粒，當中的每一個晶粒代表一電子元件，例如製造者想在基板上形成的積體電路。通常不會將基板周邊處的區域加以處理成電子元件，且因而形成一晶圓緣部。
電漿處理室中的各種處理步驟會產生不想要的殘餘物或沉積物，其需要在下個處理步驟可以開始之前加以清除。例如，在噴鍍金屬沉積步驟後，晶圓的周邊區域會含有需要在下個處理步驟之前加以清除的非所欲濺鍍金屬微粒。作為另一個範例，蝕刻步驟會在包含基板之周邊區域的整個反應室內產生聚合物沉積。此聚合物沉積如同任何其他不想要的殘餘物一樣，需要在下個處理步驟之前加以清除，以確保這些殘餘物不會污染到隨後的處理步驟。如在此使用的，利用「晶圓緣部」這個術語來指稱圍繞此基板之周邊區域(亦即為元件區域的外部)。因此，晶圓緣部代表圍繞晶圓之同心的、環狀區域(亦即為元件區域的外部)。
為利於討論，圖1顯示可代表如300 mm晶圓之範例晶圓102。為了易於說明，只顯示範例晶圓102的一部份。當從上方觀察時，存在有延伸至參考數字104左邊的元件區域108，在此處利用各種電漿處理步驟於晶圓上形成元件。如前所述，元件區域108傾向存在於晶圓的中央部份。從參考數字104右邊，從基板頂部延伸至基板底側到達參考數字110右邊，存在有在此稱之為晶圓緣部106的區域。在晶圓緣部區域106(代表晶圓102之周邊處的
區域)上不會形成元件。儘管如此，在電漿處理步驟期間，不想要的沉積會附著在晶圓緣部區域106，因而需要施行清理以確保晶圓緣部區域106上的任何不想要的沉積不會污染到隨後的電漿處理步驟。
在習知技術中，提供有用來清理晶圓緣部區域106的電漿處理系統。在這些電漿處理系統中，晶圓緣部電漿係形成於晶圓緣部區域的區域中，俾以施行晶圓緣部區域的清理。在晶圓緣部清理期間，其他區域(例如晶圓102之參考數字104左邊的元件區域108)通常是不受干擾的。
然而，在某些電漿晶圓緣部清理程序期間，已觀察到基板上的元件受到極大程度的損害。進一步調查發現：假若存在有如金屬層(例如一銅層、一鈦層、一亞硝酸鈦層)之金屬線或假影的外露金屬特徵，則金屬層之外露金屬線或假影作為電漿晶圓緣部清理程序期間的RF天線，並將來自電漿鞘的電弧吸引至基板。接著，外露金屬線作為導線以將來自電漿的高電流電弧傳導至元件區域108內的元件，造成元件的電性損害並導致產率減少。
由於電漿處理系統中弧化的機制尚未完全了解，所以雖然不希望囿於理論，但據信促成因素可能是電漿鞘(易為正偏壓)與基板(易為負偏壓)之間的電位差。外露金屬層(其可為單一金屬層或多金屬層)或金屬導體的存在可進一步增強弧化的有利條件，或是弧化的有利條件可為造成弧化之非所欲濺鍍金屬沉積的存在所產生之現象。電漿處理期間的弧化之所以會成為問題，不只是因為其造成前述之元件的電性損害，並且也因為弧化代表了不受控制的情況。由於無法將參數加以控制且非預期中的結果通常是損害的，因此不受控制的情況在電漿處理期間通常是不適宜的。
本發明在一實施例中關於一電漿處理系統，該電漿處理系統具有用以處理一基板之一電漿處理室。該電漿處理系統包含一RF
電源。該電漿處理系統亦包含一下部電極，用以在該處理期間支撐該基板。該下部電極接收來自該RF電源的至少一RF信號，用以在該處理期間於該電漿處理室內產生一電漿。該電漿處理系統更包含配置於該基板上的一第一環狀接地電極。該電漿處理系統又包含配置於該基板下的一第二環狀接地電極。將該第一環狀接地電極及該第二環狀接地電極加以配置，使得該基板之一周緣以一直接視線方式暴露於至少該第一環狀接地電極的一部份及至少該第二環狀接地電極的一部份。該電漿處理系統再包含配置於至少該基板的一部份之上的一電漿屏蔽。在該處理期間，該電漿屏蔽係用以防止在該電漿屏蔽與該基板的該部份間之一區域中形成該電漿。
上述發明概要只是關於在此揭露之本發明諸多實施例之一且並不為限制本發明之範疇，本發明之範疇由申請專利範圍所定。以下將在本發明之詳細說明連同附圖中，對本發明之上述及其他特徵作詳加說明。
本發明將參考說明於附圖之數個實施例而加以詳細說明。在以下說明中提出各種特定細節，俾能提供本發明之全盤了解。然而很明顯的，對於熟悉此項技藝者而言，本發明可在缺乏部份或全部特定細節下加以實施。在其他例子中，並未詳細描述已知製程步驟及/或結構，俾以防止不必要地混淆本發明。
依據本發明之實施例，藉由提供製程工程師減輕弧化的一或更多工具，可應付前述的弧化問題。在一實施例中，於晶圓上設有一電漿屏蔽且將其延伸超過晶圓緣部，俾能抑制電漿形成於存在有外露金屬微粒或金屬層之基板上方的區域中。藉由在基板的上水平面上提供電漿屏蔽且將該電漿屏蔽延伸超過晶圓緣部，本發明之實施例確保電漿蝕刻只發生在不含有外露金屬層及/或金屬微粒之晶圓的外露緣部區域上。依此方式，實質上將電漿鞘至晶
圓的弧化加以消除，因此實質上消除基板上之元件的弧化相關損害。
或者或此外，在另一實施例中，可藉由使用不含碳之蝕刻源氣體來減輕上述的弧化問題。已發現使用無碳蝕刻源氣體來形成電漿晶圓緣部清理過程用的電漿，實質上減少或消除從電漿鞘至基板之發弧的形成。
在另一實施例中，可將氦及/或氫加至電漿蝕刻源氣體，俾能實質上減少或消除從電漿鞘至基板的發弧。可兩者擇一或同時施行氦及/或氫的添加。
在另一實施例中，可逐漸提供RF功率至電漿以啟動並維持晶圓緣部區域中的電漿。如此跟以階梯函數提供RF功率之習知技術形成對比。依據本發明之一實施例，為了要消除反射功率的尖峰而將功率逐漸升高，其據信實質上減少或消除了電漿鞘到基板之發弧的生成。利用整合到用來控制晶圓緣部清理電漿處理室之自動處理控制電腦的軟體，可施行RF功率的逐漸升高。或者或此外，可將軟體控制之RF功率的逐漸升高施行到先前方法(如將電漿屏蔽延伸超過晶圓緣部、利用無碳蝕刻源氣體、及/或添加氦/氫)。
圖2顯示符合本發明之一實施例的電漿晶圓緣部清理系統之相關部份的簡圖。在晶圓緣部清理系統200中，於電漿晶圓緣部清理期間將基板204配置在夾盤206上。夾盤206係耦合至RF偏壓電源210，RF偏壓電源210提供一或更多RF信號至夾盤206以啟動並維持電漿晶圓緣部清理用之電漿，其中RF信號可為單頻或多頻信號。基板204包含傾向於配置在基板204之中央部份的元件區域212。在基板204的周邊處為一同心的晶圓緣部區域214，在其上不會有元件形成。
如前所述，在用來於元件區域212中形成元件的各種電漿處理步驟期間，不想要的材料沉積(如聚合物或金屬殘餘物)會附著到晶圓緣部區域214的表面，且需要加以清理以確保不想要的沉積
不會污染到隨後的電漿處理步驟。由合適介電材料組成的習知介電底環220圍繞著夾盤206。到目前為止，所討論的配置已為習知且為熟悉電容耦合電漿處理系統之人士所熟知。
為了要施行電漿晶圓緣部清理，在預期形成電漿的區域中設置接地板。在圖2的例子中，將合適導體(如鋁)組成的環狀接地板230及環狀接地板232配置在電漿區域240的上下方。如圖2所示，將這些環狀接地板230及232加以配置，使得基板之周緣262直接視線暴露於至少環狀接地板230及232的一部份。
這些環狀接地板在處理期間作為接地電極。因而，當RF偏壓電源210提供RF功率至夾盤206以及一合適蝕刻源氣體被供至電漿晶圓緣部清理系統200之處理室時，將電漿加以啟動且維持在電漿區域240內以清理晶圓緣部區域214。在一實施例中，舉例來說，由RF偏壓電源所提供之RF信號的頻率為13.56 MHz。
在圖2的結構中，提供由如石英或氧化鋁(Al2
O3
)之合適介電材料組成的電漿屏蔽250，且將其配置在基板204之水平面上。在一實施例中，電漿屏蔽250可由任何相容於電漿晶圓緣部清理系統之合適介電材料所組成。又，電漿屏蔽250在其下表面252與基板204的上表面之間形成一有限的間隙。此有限的間隙之尺寸(由參考數字260所示)最好是比形成於電漿區域240之電漿的鞘厚度來得小。在一實施例中，例如間隙260可小於約1mm。由於可計算任何既定電漿的鞘厚度，因此間隙260的厚度可取決於既定電漿晶圓緣部清理系統之種類而變。
再者，將電漿屏蔽250延伸超過基板204之緣部262。換句話說，電漿屏蔽250之外緣部264延伸超過基板204之外緣部262一既定距離(由圖2之X所示)。將此過延伸尺寸(X)做成足夠的尺寸，使得在可為外露噴鍍金屬緣部或殘餘物之基板204的區域中不存在有電漿。例如，假若在基板204之區域270存在有噴鍍金屬緣部，則電漿屏蔽之外緣部264較佳為延伸超過基板204之外緣部262一足夠的過延伸尺寸X，以使在電漿晶圓緣部清理期間
不會有電漿出現於基板204之區域270上方。在一實施例中，過延伸尺寸X約為0.5mm。雖然此過延伸尺寸X可取決於待施行之特定電漿晶圓緣部清理而變。不過，依據本發明之實施例的過延伸尺寸X至少是零。因而，介電電漿屏蔽的過延伸遮蔽了晶圓的噴鍍金屬區域，使得電漿無法形成於由實體電漿屏蔽所遮蔽的區域中。
在一實施例中，配置在基板204下的接地板232偏離配置在基板204上的接地板230，俾以清理基板204的後側。就其本身而論，所形成的電漿相對於晶圓緣部區域214是不對稱的，並且基板204之後側上的較大區域可相對於基板204之頂側而加以清理。為了更加清楚，下部接地板232更加延伸向基板204之中央，使得至少基板之下表面周邊的一部份重疊下部接地板232。
在一實施例中，當沿基板之頂側量測時，吾人期望的是清理距離基板204之外緣部262達2mm之晶圓緣部的區域；而當沿基板之後側量測時，吾人期望的是清理距離基板204之外緣部262達5mm之晶圓緣部的區域。
如前所述，已發現不含碳氟化之化學物的使用實質上減少或消除電漿晶圓緣部清理室內的弧化情況。因此，或者或此外，可提供不含碳氟化之電漿蝕刻源氣體至電漿晶圓緣部清理系統200，俾能進一步減少或消除電漿晶圓緣部清理期間的弧化情況。或者或此外，用來在電漿晶圓緣部清理系統200之電漿區域240中產生電漿的電漿蝕刻源氣體可包含氦及/或氫，俾以進一步減少或實質上消除弧化情況。
或者或此外，可將控制電漿晶圓緣部清理系統200之自動處理控制電腦加以程式化，俾以將RF偏壓電源210提供至夾盤206的功率升高，使得RF功率由漸進的方式來提供以啟動及維持電漿區域240中的電漿。據信逐漸增加電漿晶圓緣部清理系統200的RF功率，減少阻抗及/或電漿電位中的突然改變，因而實質上減少或消除電漿晶圓緣部清理系統200內的弧化情況。需注意亦可採
用：不含碳氟化蝕刻源氣體；及/或蝕刻源氣體中的氦/氫；及/或不提供基板204上之過延伸電漿屏蔽的電漿晶圓緣部清理系統中之軟體控制之RF功率的逐漸升高。換句話說，可以任何組合方式施行在此討論之四種技術中的每一種技術(過延伸基板上的電漿屏蔽、利用不含碳氟化之電漿蝕刻源氣體、添加氦及/或氫至電漿蝕刻源氣體、軟體控制之RF功率的逐漸升高)。
圖3顯示符合本發明之一實施例的各種技術，其可用來實質上減少或消除電漿晶圓緣部清理過程期間電漿晶圓緣部清理系統內的弧化情況。圖3的步驟係意指在任何合適組合中同時或二者選一地加以施行。在一實施例中，圖3的步驟可依任何順序加以施行。
在步驟302中，在基板上設有過延伸電漿屏蔽，使得形成來施行電漿晶圓緣部清理之電漿不存在於外露噴鍍金屬區域上。在此步驟中，將實體電漿屏蔽之下緣部與基板之上表面間的間隙與過延伸尺寸加以建構，使得從電漿鞘至外露噴鍍金屬區域及/或基板之元件形成區域的弧化實質上被減小或消除。
在步驟304中，蝕刻源氣體代表不含碳氟化蝕刻源氣體。例如，就晶圓緣部區域內的聚合物移除來說，可利用如SF6
及/或NF3
的電漿蝕刻源氣體。在步驟306中，可將氦及/或氫加至蝕刻源氣體。在一實施例中，氦較佳為總蝕刻源氣體流量的至少10%。氫在一實施例中可以總蝕刻氣體流量的任何比率存在。
在步驟308中，利用軟體控制的處理，逐漸將供來啟動及/或維持電漿晶圓緣部清理用之電漿的RF功率升高。如前所述，此軟體控制可整合至用來控制電漿晶圓緣部清理系統的自動處理控制電腦。
在電漿晶圓緣部清理過程的例子中，在電容耦合電漿晶圓緣部清理系統中處理300mm晶圓。利用20 sccm(每分鐘標準立方公分)的CF4
及200 sccm的CO2
來作為主要晶圓緣部蝕刻源氣體。
在此例子中，由於電漿晶圓緣部清理系統利用一過延伸電漿
屏蔽，所以即使利用含碳蝕刻源氣體也不會對基板上的這些元件造成弧化相關損害的風險。此例子說明了不含碳氟化蝕刻源氣體的使用與過延伸電漿屏蔽的使用可同時或兩者選一地加以施行。
在電漿晶圓緣部清理的例子中，將電漿晶圓緣部清理室中的壓力維持在約1.5 Torr，而RF偏壓功率約為700 W(具有約13.56 MHz的RF頻率)。亦可將約100 sccm的氦/氫混合物加至蝕刻源氣體(按流量計氫為氦/氫混合物的4%)。吾人已發現當將過延伸屏蔽配置在離基板表面約1mm處且過延伸尺寸超過基板外緣部約為0.5mm時，在樣品緣部中沒有弧化相關損害。
由前述可察知，本發明之實施例提供一或更多工具或控制調節器，以使製造者能應付電漿晶圓緣部清理期間弧化相關損害問題。藉由利用在此討論之一或多個技術，即使當電漿處理步驟之間存在有外露噴鍍金屬時，半導體元件製造者也可不用冒著損害基板上之元件的風險而有效地施行電漿增強晶圓緣部清理。
雖然本發明已就數個較佳實施例而說明，然而修改、變更及等效物皆落在本發明之範疇中。此外，在此為了方便而提供發明名稱、發明說明及發明摘要，且不應該用來推斷在此之申請專利範圍的範疇。亦應注意實施本發明之方法及設備具有很多替代方式。雖然在此提供各種範例，然而相關於本發明，這些範例預期為舉例性而非限制性。因此意味著下列附加申請專利範圍應解釋為包含落入本發明之真實精神及範疇內的修改、變更及等效物。
102‧‧‧範例晶圓
104‧‧‧參考數字
106‧‧‧晶圓緣部區域
108‧‧‧元件區域
110‧‧‧參考數字
200‧‧‧晶圓緣部清理系統
204‧‧‧基板
206‧‧‧夾盤
210‧‧‧RF偏壓電源
212‧‧‧元件區域
214‧‧‧晶圓緣部區域
220‧‧‧介電底環
230‧‧‧環狀接地板
232‧‧‧環狀接地板
240‧‧‧電漿區域
250‧‧‧電漿屏蔽
252‧‧‧下表面
260‧‧‧間隙
262‧‧‧外緣部
264‧‧‧外緣部
270‧‧‧區域
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
本發明在附圖中藉由實例來說明而非作為限制，且其中相似的參考符號代表相似的元件，其中：
圖1顯示可代表如300 mm晶圓之範例晶圓。
圖2顯示符合本發明之一實施例的電漿晶圓緣部清理系統之相關部份的簡圖。
圖3顯示符合本發明之一實施例的各種技術，其可用來實質
上減少或消除電漿晶圓緣部清理過程期間電漿晶圓緣部清理系統內的弧化情況。
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
Claims (23)
- 一種電漿處理系統，具有用以處理一基板之一電漿處理室，該電漿處理系統包含：一RF電源；一下部電極，當該基板存在時用以在該處理期間支撐該基板，該下部電極接收來自該RF電源的至少一RF信號，用以在該處理期間於該電漿處理室內產生一電漿，該基板具有一周邊；一第一環狀接地電極，當該基板存在時配置於該基板上方及該下部電極上方，該第一環狀接地電極不重疊於該下部電極；一第二環狀接地電極，當該基板存在時配置於該基板下方，該第二環狀接地電極比該第一環狀接地電極更加朝向該基板之中央延伸，該第二環狀接地電極不延伸於該下部電極下方；及一電漿屏蔽，當該基板存在時配置於至少該基板的一部份之上，該電漿屏蔽在外圍被該第一環狀接地電極所圍繞並且相隔開，該電漿屏蔽不在該第一環狀接地電極下方，該電漿屏蔽在處理期間延伸超過該基板之該周邊以重疊於該第二環狀接地電極的第一部分，其中一垂直視線係定義於該電漿屏蔽的一周邊與該第二環狀接地電極的第二部分之間。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，其中相對於該第一環狀接地電極，該第二環狀接地電極更加朝向該基板之中央延伸，使得該基板之下表面周邊的至少一部份重疊於該第二環狀接地電極。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，更包含將供應至該下部電極之一RF偏壓功率升高的裝置。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，其中，將該電漿屏蔽建構成在該處理期間與該基板之上表面隔開一間隙，該間隙小於該電漿之一鞘厚度。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，其中，該電漿屏蔽為一圓形結構。
- 如申請專利範圍第5項之電漿處理系統，其中該電漿屏蔽延伸超過該基板的該周邊一過延伸尺寸，該過延伸尺寸係選擇成可防止該基板之一表面上的外露噴鍍金屬暴露於該電漿。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理系統，其中，該RF信號的頻率為13.56MHz。
- 一種基板處理方法，用以在一電漿處理室中處理一基板，於該處理期間將該基板配置在形成一夾盤之一下部電極上，該方法包含：當該基板存在時提供配置於該基板上方及該下部電極上方的一第一環狀接地電極，該第一環狀接地電極不重疊於該下部電極，該基板具有一周邊；當該基板存在時提供配置於該基板下方的一第二環狀接地電極；當該基板存在時使該第二環狀接地電極比該第一環狀接地電極更加朝向該基板之中央延伸，其中該第二環狀接地電極不延伸於該下部電極下方；當該基板存在時提供配置於該基板的至少一部份上方的一電漿屏蔽，該電漿屏蔽在外圍被該第一環狀接地電極所圍繞並且相隔開，該電漿屏蔽不在該第一環狀接地電極下方，該電漿屏蔽在處理期間延伸超過該基板之該周邊以重疊於該第二環狀接地電極的第一部分，其中一垂直視線係定義於該電漿屏蔽的一周邊與該第二環狀接地電極的第二部分之間；及在該第一環狀接地電極與該第二環狀接地電極之間產生一電漿。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中相對於該第一環狀接地電極，該第二環狀接地電極朝該基板之中央更加延伸，使得該基板之下表面周邊的至少一部份重疊於該第二環狀接地電極。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，更包含在產生該 電漿時，將供至該下部電極之一RF偏壓功率升高。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中，將該電漿屏蔽建構成在該處理期間與該基板之一上表面隔開一間隙，該間隙小於該電漿之一鞘厚度。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中，該電漿屏蔽為一圓形結構。
- 如申請專利範圍第12項之基板處理方法，其中該電漿屏蔽延伸超過該基板的該周邊一過延伸尺寸，該過延伸尺寸係選擇成可防止該基板之表面上的外露噴鍍金屬暴露於該電漿。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，更包含提供一RF信號至該下部電極，其中，該RF信號的頻率為13.56MHz。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中該電漿屏蔽係由氧化鋁所組成。
- 如申請專利範圍第15項之基板處理方法，其中該電漿屏蔽不在任何電極下方，其中該電漿屏蔽延伸超過該基板的該周邊一過延伸尺寸，該過延伸尺寸係選擇成可防止該基板之表面上的外露噴鍍金屬暴露於該電漿。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中該電漿係由包含氫及氦至少其中一種之一處理氣體所形成。
- 一種電漿處理系統，具有用以處理一基板之一電漿處理室，該電漿處理系統包含：一RF電源；一下部電極，用以在該處理期間支撐該基板，該下部電極接收來自該RF電源的至少一RF信號，用以在該處理期間於該電漿處理室內產生一電漿，該基板具有一周邊；一基板緣部電漿產生配置，包含至少一第一環狀接地電極及一第二環狀接地電極，當該基板存在時該第一環狀接地電極配置於該基板上方及該下部電極上方，其中當該基板存在時該第一環狀接地電極不重疊於該基板，當該基板存在時該第二環狀接地電 極配置於該基板下方，該第二環狀接地電極不延伸於該下部電極下方，將該第一環狀接地電極及該第二環狀接地電極配置成使得當該基板存在時該基板之一周緣以一直接視線方式暴露於該第一環狀接地電極的至少一部份及該第二環狀接地電極的至少一部份；及電漿屏蔽裝置，當該基板存在時配置於該基板的至少一部份之上方，該電漿屏蔽裝置在外圍被該第一環狀接地電極所圍繞並且相隔開，該電漿屏蔽裝置不在該第一環狀接地電極下方，該電漿屏蔽裝置係在在該處理期間用以防止在該基板上的一外露噴鍍金屬區域附近形成該電漿，以致減少該外露噴鍍金屬區域的弧化，該電漿屏蔽裝置在處理期間延伸超過該基板之該周邊以重疊於該第二環狀接地電極的第一部分，其中一垂直視線係定義於該電漿屏蔽裝置的一周邊與該第二環狀接地電極的第二部分之間。
- 如申請專利範圍第18項之電漿處理系統，其中相對於該第一環狀接地電極，該第二環狀接地電極朝該基板之中央更加延伸，使得該基板之下表面周邊的至少一部份重疊於該第二環狀接地電極。
- 如申請專利範圍第18項之電漿處理系統，更包含將供至該下部電極之一RF偏壓功率升高的裝置。
- 如申請專利範圍第18項之電漿處理系統，其中，將該電漿屏蔽裝置建構成在該處理期間與該基板之一上表面隔開一間隙，該間隙小於該電漿之一鞘厚度。
- 如申請專利範圍第18項之電漿處理系統，其中，該電漿屏蔽裝置為一圓形結構。
- 如申請專利範圍第18項之電漿處理系統，其中，該RF信號的頻率為13.56MHz。
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