TWI544530B - 基材清洗室及清潔與調節之方法 - Google Patents

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Description

基材清洗室及清潔與調節之方法
本發明實施例係關於基材清潔室、腔室組成與基材清潔方法。
積體電路與顯示器製造中，基材(諸如，半導體晶圓或顯示器)係置於處理室中且處理條件係經設定以在基材上形成不同的主動與被動特徵結構。高等積體電路與顯示器應用多層次微米大小之互連結構(interconnect)以連接形成於基材上之特徵結構。為了改善電路的可靠性，在互連結構或其他特徵結構之表面上沉積覆蓋材料前先清潔基材上之表面特徵結構。一般的預先清潔或清潔室包括圍繞處理區且含有腔室組成之封圍件，腔室組成包括基材支撐件，用以固持基材；氣體供應器，用以提供清潔氣體；氣體激發器，用以激發清潔氣體好蝕刻特徵結構之表面以清潔基材；及排氣裝置，用以移除廢氣，例如描述於2000年8月22日核發給Subrahmanyan等人編號6,107,192的美國專利，在此將其全文以參考資料併入本文中。
然而，傳統的預先清潔室與處理經常無法均勻地清潔製造於基材上非常小之特徵結構的表面。無法適當地清潔這些特徵結構會造成空隙形成或提高表面特徵結構間 之電阻性。例如，留在特徵結構上之天然氧化物與污染物層藉由下列方式而造成空隙形成：促進隨後之處理步驟中沉積於基材上之材料的不均勻分佈；或者在特徵結構以即將沉積於其間之材料填滿前，造成特徵結構轉角成長、合併與密封。尤其樂見為了隨後之阻障層或金屬沉積處理而以預先清潔處理均勻地蝕刻與清潔基材表面。
亦樂見有預先清潔室可容納數量越來越多的累積沉積物而不會造成腔室組成彼此黏死或累積沉積物於清潔循環間成片剝落。
蝕刻清潔處理過程中，清潔殘餘物通常沉積於腔室中暴露的內部表面上。並不樂見這些殘餘物的發展，因為累積沉積物在熱壓力出現時會成片剝落並污染基材與其他腔室表面。定期性清潔腔室組成的殘餘物可減少此問題但這亦需要分解與清潔腔室組成並使腔室停工。再者，當含有金屬之處理殘餘物累積於腔室(具有外部電感線圈氣體激發器以耦接感應能量通過頂面好激發清潔氣體)之頂面上時，含有金屬之殘餘物減小或妨礙感應能量通過頂面的耦合。傳統的清潔室利用製程套組，其包括下擋板與上擋板以及圍繞基材支撐件配置的各種沉積或覆蓋環以接收上述之處理殘餘物。定期地將製程套組組成自腔室拆下並移除以便清潔。然而，樂見有腔室與內部組成可容納更大量的累積沉積物以便腔室可在停工前用於較大數目的處理循環。
輪廓頂電極(contoured ceiling electrode)係用於清潔室中，該清潔室包括具有基材接收表面與支撐電極之基材支撐件。輪廓頂電極包括面對基材支撐件之拱形表面。拱形表面的直徑大小可延伸橫跨基材支撐件之基材接收表面；且其橫截面厚度可跨越基材支撐件而改變，用以改變形成在拱形表面與基材支撐件之支撐電極間的間隙大小，藉此可讓拱形表面與基材支撐件間形成之電漿的電漿密度可隨其跨越基材支撐件而輻射狀地改變。頂電極亦可具有自拱形表面之周圍向下延伸以包圍基材支撐件之環狀帶。支撐架部自環狀帶向外輻射狀延伸。
清潔室之介電環包括一底部，其坐落於腔室中介電底板之周圍凸緣上以圍繞基材支撐件。介電環高度高於基材接收表面之脊部。輻射狀向內的架部可覆蓋基材支撐件之周圍唇部。
基材清潔室之底部擋板包括圓形盤，圓形盤具有頂面，以支撐介電底板；並具有複數個通過圓形盤之舉升銷孔，好讓腔室舉升銷延伸通過其間。底部擋板亦具有自圓形盤向上延伸並包圍圓形盤之周圍壁，周圍壁係與介電底板之周圍凸緣有所間隔。
清潔室中基材上之一層的蝕刻清潔處理包括將基材置 於清潔室中之基材支撐件上；設定支撐件與輪廓頂電極間之間隙；維持腔室中之清潔氣體壓力；並藉由施加雙頻電功率給頂電極與支撐電極來激發清潔氣體，雙頻電功率包括至少約1：2的第一頻率與第二頻率之功率比，第一頻率係低於約20MHz而第二頻率係至少約20MHz。
清潔室中基材上之一層的蝕刻清潔處理包括清潔第一批產物基材(清潔室中)上之第一材料以形成包括第一材料之處理殘餘物於清潔室之內部表面上。之後，藉由在清潔室中蝕刻濺射包括第二材料之調節基材(conditioner substrate)，而將第二材料之調節層沉積於清潔室之內部表面上的處理殘餘物上，其中第二材料不同於第一材料。提供給清潔室之第二批產物基材上的第一材料接著可加以清除以形成包括第一材料之另外處理殘餘物於調節層上。此處理可延緩腔室之清潔。
第1圖中描述能夠清潔基材104表面層之清潔室100的示範性實施例。一般而言，清潔室100包括圍住處理區106之封圍壁105，封圍壁105具有頂蓋108、側壁110與底壁112。腔室之封圍壁可由金屬(諸如，鋁、不鏽鋼、銅-鉻或銅-鋅)所製成。頂蓋108包括具有向下延伸之側架部(side ledge)116的平板114。頂蓋108之側架 體入口124，用以自清潔氣體源126以一流速(由氣體流量控制閥127所監控)導入清潔氣體；與排氣口128，利用排氣泵浦123通過節流閥129而自腔室100排出氣體。底壁112具有開口以接收電連接器120與舉升機構122。所示形式中，清潔室100特別適於藉由蝕刻材料的表面部分而自基材104清除含有金屬之材料(諸如，金屬或金屬化合物)。舉例而言，腔室可為REACTIVE PRE-CLEANTM型清潔室，例如可自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)取得之DAVINC1室。腔室100可為具有互連腔室群組之多室平臺(未顯示)的一部分，多室平臺例如ENDURA®、PRODUCER®與CENTURA®處理平臺家族，均可自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)取得。
腔室100亦具有包括支撐電極134之基材支撐件130。基材支撐件130包括突起的基座135，其具有圍繞基材接收表面137之周圍唇部136。周圍唇部136自基座135之底部向外延伸且位於較小的高度處。基材接收表面137係平坦的且大小係可接收基材104。所示之實施例中，支撐電極134與基材支撐件130為相同的結構；然而，另外的實施例中，基材支撐件130可具有覆蓋或包圍(未顯示)支撐電極134之介電質。所示之形式中，基材支撐件130亦作為支撐電極134，其包括或由金屬所構成，諸如鋁、銅、鈦或上述之合金。欲以高溫預先清潔處理之一形式中，支撐電極134係由鈦所製成。相較於由鋁 所製成的傳統支撐電極134，此形式提供較高的運作溫度。為了裝載基材，基材支撐件130係由舉升馬達131與舉升箱132所降低，以便固定的舉升銷138延伸通過支撐件130中的孔。基材104係透過腔室100之側壁116中的基材裝載入口(未顯示)而導入腔室100並置於舉升銷138上。接著提高基材支撐件130以將基材104自舉升銷138上舉起。
輪廓頂電極140相對地面對基材支撐件130與支撐電極134。基材支撐件130係經定位以在支撐電極134與頂電極140間設定預定之間隙139。輪廓頂電極140具有坐落於接地環143上之周圍邊緣部141，而接地環143則坐落於腔室蓋108之架部145上。輪廓頂電極140與支撐件兩者係由導電材料(例如，鋁)所製成，且固定於亦由金屬導體(例如，鋁)所製成之腔室主體。輪廓頂電極140與接地環143係電性連接且可維持於懸浮電位(floating potential)或接地。接地環143與輪廓頂電極140之周圍邊緣部141係經成形以妨礙低角度濺射電漿物種的穿透並妨礙得到之處理沉積物經過其表面。
傳統清潔室應用電感線圈纏繞圓頂形介電頂面而將能量感應耦合至腔室中的清潔氣體以形成清潔基材104之電漿。然而，當清潔基材104上之金屬層時，含有金屬物種之處理殘餘物沉積於腔室頂板114之內部表面上，且此含有金屬之層妨礙能量通過頂板114之感應耦合。
本形式之清潔室中，傳統應用的電感線圈係由輪廓頂 電極140所取代，其具有輪廓剖面且與支撐電極134耦合以激發提供給腔室100中之清潔氣體成為電漿。頂電極140可接收含有金屬之沉積物而不影響電極140的性能，因為電極140本身係由導體(例如，金屬)所製造。這改善清潔室100清潔基材104上含有金屬之材料的性能。
一形式中，輪廓頂電極140包括面對基材支撐件130之拱形表面144，其之形式描述於第1至4圖。拱形表面144具有單一或多半徑彎曲表面，其具有大小足以延伸橫跨基材支撐件130之基材接收表面的直徑。拱形表面144之形狀係經選擇以控制形成於拱形表面144與基材支撐件130或支撐電極134間之電漿的電漿密度或通量。作為一實施例，拱形表面144可實質上延伸橫跨基材支撐件130或支撐電極134的整個基材接收表面，例如至少約70%、或甚至至少約90%的基材支撐件130之基材接收表面面積。
拱形表面144亦具有多變的橫截面厚度或剖面，其係經成形以改變頂電極140與基材支撐件130的支撐電極134間之間隙139的尺寸或大小。這改變拱形表面144與基材支撐件104與/或支撐電極134相應區域間之間隙距離。多變的間隙距離提供橫跨基材104(固持於基材支撐件130之基材接收表面137上)之整個表面呈輻射狀變化之電漿密度。傳統頂電極具有平坦的表面以提供一致的電通量橫跨基材接收表面與頂電極間之間隙。相反地， 輪廓頂電極140具有能夠產生橫跨清潔室100的處理區106之不一致或多變的電通量之剖面146，其與傳統平坦電極設計直覺相反。此電極形狀可讓形成於拱形表面144與基材支撐件130間之電漿的電漿密度橫跨基材支撐件130輻射狀地變化。
輪廓頂電極140的拱形表面144之拱形剖面146的形狀係基於由試驗基材104(利用平坦頂電極來蝕刻)得到之試驗結果(未顯示)而實驗性地決定。在橫跨試驗基材104之表面的多個不同位置處測量蝕刻參數(諸如，蝕刻深度或蝕刻速度)以得到複數個測量值，而產生橫跨基材104之蝕刻剖面148。輪廓頂電極140之拱形剖面146接著係經成形以補償平坦電極得到之蝕刻剖面。例如，輪廓頂電極140之拱形剖面146可經成形以提供較弱的電場與因此較高的電漿密度於基材104那些因平坦電極而測量具有較小之蝕刻深度或較低之蝕刻速度的區域，且相反地，可經成形以提供較大的電場與因此較低的電漿密度於基材104那些因平坦電極而發現蝕刻較大深度或較高蝕刻速度的區域。因此，拱形剖面146係與基材104之蝕刻深度剖面148有所關聯而成形，以致於支撐電極134與輪廓頂電極140間之間隙139係與利用平坦頂電極得到之試驗基材104的蝕刻剖面148有所關聯而變化。在基材104蝕刻深度最大的位置處，輪廓頂電極140之拱形剖面146係最大程度地內凹以減小電場並提高該區域相對應的電漿密度，反之亦然。
第2與3圖顯示試驗基材104(利用平坦頂電極加以蝕刻清潔)上得到之蝕刻剖面148圖與選擇可補償此蝕刻剖面148之輪廓頂電極140的拱形剖面146對應圖。圖示實施例中，拱形剖面146包括凸狀塊(convex bulge)150，其形成延伸橫跨輪廓頂電極140暴露於腔室100中至少約70%區域的平滑彎曲表面且其面對基材支撐件130。第1圖顯示輪廓頂電極與基材支撐件130中之支撐電極134的關係。基材支撐件130包括中心與周圍區域152、154，而凸狀塊150係經成形以提高腔室100內基材104之處理過程中周圍區域154相對中心區域152的電漿密度。這係藉由下述而加以完成：減小中心區域152處的輪廓頂電極140與基材接收表面137間之間隙距離至第一較小距離以減少其中之電漿密度，並提高周圍區域154處的輪廓頂電極140與基材接收表面137間之間隙距離至第二較高間隙距離以提高其中之電漿密度。凸狀塊150使得基材支撐件130之中心區域152處的支撐電極134與輪廓頂電極140間之間隙小於周圍區域154。一形式中，支撐電極134與輪廓頂電極140之凸狀塊150的頂點156間之間隙的最近距離係至少約3 cm。因此，輪廓頂電極140可補償橫跨基材104(利用平坦頂電極)所測量之蝕刻速率，以造成橫跨基材104的實質上一致的蝕刻清潔速率與蝕刻一致性。
輪廓頂電極140亦可具有不同形狀的凸狀塊150。例如，凸狀塊150可具有多半徑弧形160，其持續轉變橫 跨彎曲的不同半徑，且為凹面的周圍凹溝162所圍繞。又另一形式中，凸狀塊150的中心部份164可稍微平坦點。凸狀塊150自周圍凹槽162通過彎曲的環狀緣166而轉變至頂部區域172，且環狀緣幾乎傾斜於平坦中心部分的平面。
另一預期形式中，如第4圖所示，輪廓頂電極140之拱形表面144係經成形以具有凹狀部170，其執行與第2與3圖所述之輪廓頂電極相反的功能。此形式中，凹狀部170係經成形以在腔室100內基材104之處理過程中提高中心區域152相對於周圍區域154的電漿密度。這係藉由下述而加以完成：提高中心區域152處的間隙距離以提高這些區域的電漿密度；並減小周圍區域154處的輪廓頂電極140與支撐電極134間之間隙距離以減少其中之電漿密度。拱形表面144亦可為多半徑弧形160或在其頂部具有平坦的平面。當發現試驗基材104(以平坦電極處理)之中心區域152相對於周圍區域154具有較高的蝕刻速率時，此形式的輪廓頂電極140亦可補償橫跨基材104(利用平坦頂電極)所得到之蝕刻速率，以提供一致地蝕刻清潔基材表面之蝕刻清潔處理。
輪廓頂電極140亦具有自凸狀塊150之周圍向下延伸之環狀帶174，用以包圍基材支撐件130之基材接收表面137，如第1與3圖所示。環狀帶174包圍存在於輪廓頂電極140之拱形表面144與基材支撐件130間之處理區106。環狀帶174自頂蓋108向下延伸到足以包圍 基材支撐件130之外面周圍並在處理循環過程中遮蔽腔室100之側壁110。環狀帶174作為上擋板以減少或避免源自基材104表面之處理殘餘物的沉積，否則處理殘餘物將落在腔室100之側壁110與腔室100的其他內部表面上。環狀帶174亦用於將清潔電漿包含於基材104之表面上。這減小清潔電漿對內部腔室表面的侵蝕。輪廓頂電極之周圍邊緣部141包括支撐架部176，其自環狀帶174周圍向外輻射狀延伸並用以支撐輪廓頂電極140。此形式中，輪廓頂電極140係由鋁所構成，但其亦可由其他導電體所構成，包括例如不鏽鋼之金屬。
如第1與5圖所示，介電底板178係位於基材支撐件130之支撐電極134下方。介電底板178用以電性隔離支撐電極134與周圍的腔室組成。介電底板178在頂面容納具有支撐電極134之基材支撐件130。介電底板178具有包圍支撐件130之頂面的周圍凸緣180以隔離支撐電極134之周圍邊緣部198。周圍凸緣180具有包圍支撐電極134之周圍唇部204的環狀頂面。
參照第5圖，介電環186包括坐落在周圍凸緣180之環狀頂面182的底部188以包圍基材支撐件130之支撐電極134。介電環186亦具有高度高於基材接收表面137之脊部(ridge)196。介電環186之脊部196用以容納並集中清潔電漿於基材104之表面上。脊部196亦與輪廓頂電極140之輪廓剖面146共同作用以控制基材104之周圍邊緣處的電漿密度與電漿物種能量。例如，介電環186 可減少電漿離子流擊中基材104之周圍區域的基材104，藉此相對於基材104之中心區域減小周圍區域中的蝕刻速率。這藉由控制橫跨基材104之蝕刻速率而提供橫跨基材104更均勻的清潔作用。介電環186具有輻射狀向內架部202，其覆蓋基材支撐件130之周圍唇部204並亦用以包圍與保護支撐電極134之周圍邊緣部198。再者，輻射狀向內架部202亦提供緊接著環繞基材104(於基材支撐件130上處理)周圍高度縮小的階梯。
介電環186的脊部196與輻射狀向內架部202係由大致上挺直或傾斜的內面208所連接。一形式中，內面208係大致上挺直並垂直於基材表面的平面。另一形式中，傾斜的內面208傾斜於脊部196的頂面平面至少約60°的角度r3，例如約82°至約98°。傾斜的內面208提供形成於基材104上之電漿逐漸轉變區域。傾斜的內面208亦包括圓滑邊緣212以減少覆蓋急劇邊緣或轉角之塗層上產生的應力，而這些應力係造成沉積於這些區域上之殘餘物提早成片剝落的原因。因此，圓滑邊緣212可讓即將沉積於介電環186上之處理殘餘物厚度增加。圓滑邊緣212亦更可減少介電環186邊緣上之清潔電漿的侵蝕效果。
如第1圖所示，底部擋板214(亦稱為下擋板)係用來支撐介電底板178。參照第6A圖，底部擋板214包括具有頂面216之圓形盤215，該頂面216具有讓複數個舉升銷138延伸通過之舉升銷孔217。圓形盤215之頂面 216係用以支撐介電底板178。頂面216亦可具有中心孔213以允許電連接器120與其他構造延伸通過。底部擋板214亦具有自圓形盤215向上延伸且包圍圓形盤215之周圍壁218。如第1圖所示，周圍壁218與介電底板178之周圍凸緣180係有所間隔。
例如，周圍壁218可與介電底板178之周圍凸緣180相隔至少約1 cm之間隔距離。周圍壁218亦大致上垂直於圓形盤215之頂面216而延伸至例如至少約5 mm之高度。周圍壁218亦與輪廓頂電極140之帶狀擋板174有所間隔且平行。例如，周圍壁218可與帶狀擋板174相隔至少約1 cm之間隔距離。周圍壁218與帶狀擋板174形成旋繞通道以於其間形成狹窄間隙220，好作為妨礙通過其間之電漿物種之迷宮。狹窄間隙220的受限流動路徑限制低能量電漿沉積於腔室之外輻射表面(例如，側壁110)的發展。再者，底部擋板214之周圍壁218與帶狀擋板174之暴露表面作為沉積表面，以在殘餘沉積物接近腔室側壁110前接收之。此方式中，底部擋板214進一步保護腔室側壁110免於處理殘餘物。底部擋板214可為電性接地或維持於懸浮或其他電位。一形式中，底部擋板214係由例如金屬之導電體(諸如，鋁或其他金屬)所構成。
如第6B圖所示，底部擋板214的另一形式包括底部擋板214之周圍壁218與介電底板178之周圍凸緣180間之內壁219。一形式中，內壁219亦自圓形盤215之頂 面216垂直向上延伸。一形式中，內壁219與周圍壁218相隔至少約1 cm之間隔距離且內壁219具有至少約5 mm的高度。內壁219(如同底部擋板214的其餘部分)可由導電體所構成。內壁219可藉由提供較接近於輪廓頂電極140之導電路徑而用於例如提高接地面。這改變內壁219與基材104邊緣周圍之局部區域的電通量或電漿密度與必然的蝕刻速度，以達成橫跨整個基材104更一致的蝕刻作用。因此，內壁219適於在此形式之底部擋板214中作為另一種形式的電漿控制以控制橫跨基材104之電漿分佈。
清潔處理之示範性形式中，基材104係置於清潔室100中之基材支撐件130上，而基材支撐件130係經移動以設定支撐電極134與輪廓頂電極140間之間隙139。清潔氣體係通過自氣體源126提供氣體之氣體入口124而導入腔室100，氣體源126可為單一氣體供應器或為提供以所欲之流速比例而混合之不同氣體的數個氣體供應器。清潔氣體之流速係透過複數個氣體流量控制閥128(例如，質量流量控制器)而控制以傳遞設定流速之清潔氣體進入腔室。利用節流閥129來控制進入排氣泵浦123之氣流來設定氣體壓力。一般而言，腔室100中清潔氣體之壓力係設定於亞大氣壓水平，例如，約1 mTorr至約1 Torr之氣壓，例如真空環境。清潔氣體可包括非反應性氣體，其可經激發而形成電漿物種並積極地撞擊並自基材104噴濺材料。清潔氣體亦可包括反應性氣體 (諸如，含氧氣體或含鹵素氣體)，其能與基材104表面上之天然氧化物、聚合殘餘物或其他材質反應以形成易揮發之化合物，其係藉由排氣系統而自腔室100移除。
自多晶矽、銅與金屬表面移除天然氧化物與其他污染物之處理所利用之清潔處理步驟中，基材表面係暴露於激發之清潔氣體，而清潔處理步驟之後為選擇性的還原處理步驟，其中基材表面係暴露於激發之還原氣體。清潔處理步驟利用之清潔氣體諸如氧、CF4IOz混合物或諸如NF3與He之混合氣體。殘餘的天然氧化物亦可用具有氫游離基之電漿處理而於還原處理步驟中還原。清潔處理過程中，藉由測量基材104上之暴露層的反射性來監測天然氧化物與其他表面污染物的移除。表面反射性可用以測量基材上之天然氧化物或其他污染物的存在，因為這些材料可改變基材表面之反射性。一般可利用光學裝置於清潔處理中測量反射性。
腔室100係由包括程式碼之控制器230所控制，程式碼具有指令集以操作腔室100之組成來處理腔室100中之基材104。例如，控制器230可包括程式碼，其具有基材定位指令集，以操作基材支撐件130之舉升馬達131與基材傳送及機器人機構；氣體流量控制指令集，以操作氣體流量控制閥127好設定進入腔室100之清潔氣體流；氣體壓力控制指令集，以操作排氣節流閥129好維持腔室100中之壓力；氣體激發器控制指令集，以操作包括支撐電極134與相對之輪廓頂電極140的氣體 操作包括支撐電極134與相對之輪廓頂電極140的氣體激發器好設定氣體激發功率水平；溫度控制指令集，以控制基材支撐件130或腔室壁105中之溫度控制系統好設定腔室100中各種組成的溫度；以及處理監控指令集，以監控腔室100中之處理。
一清潔處理中，清潔氣體係由雙頻電功率所激發，其對支撐電極134與輪廓頂電極140施加包括第一頻率之第一電壓與包括第二頻率之第二電壓。第一頻率係低於第二頻率，例如，第一頻率可低於第二頻率至少約10MHz。一形式中，第一頻率係低於約20MHz而第二頻率係至少約20MHz。例如，第一頻率可為13.5MHz而第二頻率可為60MHz。
第一頻率與第二頻率之功率比亦影響清潔處理，因為一般認為第一頻率提供電漿物種提高的加速度而第二頻率提供電漿中的額外離子化與分離。因此，當以高於第二頻率之電功率水平提供第一頻率之電壓時，可控制電漿物種數量與電漿物種動能之比例。具有較高動能之電漿物種產生提高或較深之基材穿透濺射而電漿物種之數量提高產生橫跨表面較一致的分佈或電漿通量。例如，清潔處理之一實施例應用約200至約200Watts之功率水平、13.5MHz之第一頻率的電壓；以及約800至約1300Watts之功率水平、60MHz之第二頻率的電壓。此形式中，60MHz功率藉由產生更多離子而促成電漿密度的提高。相反地，13.56MHz功率藉由加速60MHz功率所產 生之離子以加速這些離子穿過電漿鞘而提供離子能量。太少的60MHz功率造成可用電漿物種之不足，而太少的13.56MHz功率造成電漿離子缺少足夠的動能水平以蝕刻基材表面。因此，一清潔處理中，第一頻率與第二頻率之功率比係設定成至少約1：2或甚至至少約1：3。
第7圖顯示在利用本文所述之清潔處理的清潔室100中橫跨基材表面所得到之一致清潔速率的輪廓圖。基材104係以熱二氧化矽層塗覆之300m矽晶圓。基材104係利用下列處理條件來清潔：300W的13.56MHz與1000W的60MHz功率；4.5mT的腔室壓力；氬氣流。腔室100利用具有拱形表面144之輪廓頂電極140，拱形表面144具有如第3圖所示之凸狀塊150。清潔處理中，測量橫跨基材104之蝕刻清潔速率，如第7圖之輪廓圖所示。發現平均蝕刻速度係約350埃/分，而輪廓圖上顯示之位置對應於超過或低於平均蝕刻清潔速率之蝕刻速度數值。輪廓頂電極140與雙頻清潔處理提供高的蝕刻清潔一致性且蝕刻清潔速率橫跨基材表面之變化係低於1.5%。
又另一態樣中，藉由實行調節處理(其於清潔步驟之間在腔室100之內表面上塗覆金屬層)來進一步增強清潔室100中之基材104上的一層之清潔蝕刻處理。清潔處理步驟中，第一批產物基材104係於清潔室100中清潔以自基材104上之第一材料清潔並移除污染物與天然氧化物。此清潔步驟造成包括第一材料之處理殘餘物沉積於 清潔室100之內部表面上。處理數個基材104之後，腔室100之內表面上的處理殘餘物與沉積物累積至足夠高的厚度，其由於薄膜應力的建立而有可能於隨後之處理循環中成片剝落。此時，將調節基材傳入清潔室100中。藉由將濺射氣體導入清潔室100並藉由與濺射氣體電容性耦合之電功率激發濺射氣體來蝕刻濺射清潔室100中之調節基材。調節基材包括與先前自產物基材104清除之第一材料不同的第二材料。濺射處理濺射來自調節基材之材料而以濺射「糊」材料(作為處理殘餘物上之調節層)塗覆清潔室100。新進塗覆之腔室100內表面現可接收額外的處理殘餘沉積物而不使這些處理殘餘沉積物成片剝落。
在腔室調節步驟後，第二批之產物基材係於清潔室100中清潔以清潔基材104上之第一材料，好累積額外的處理殘餘物於調節層上，調節層已經形成於清潔室100之內表面上先前沉積之處理殘餘物上。此處理允許在腔室100之製程套組組成必須拆除與清潔前執行額外的處理循環，藉此提高腔室100的運行時間。調節處理可在需要移除清潔室中之製程套組組成以便清潔前處理連續幾批的基材許多次。例如，可清潔許多批基材以累積處理殘餘物於腔室表面，並接著可沉積調節層於累積之處理殘餘物上，且在移除清潔室中之製程套組以便清潔累積於其上之處理殘餘物之前，可重複此處理至少兩次或更多次。
一實施例中，產物基材包括第一材料，該第一材料包括第一含金屬材料，例如含矽材料(例如，氮化矽(SiN))；或其他材料，例如聚亞醯胺。當蝕刻清潔時，這些基材造成氮化矽或聚亞醯胺所構成之處理殘餘物沉積於內部腔室表面上。適當的調節材料包括第二材料，其可為第二含金屬材料，舉例來說，諸如鋁或鈦。在腔室中濺射此第二材料以將調節層沉積於累積之處理殘餘物上。一形式中，在累積處理殘餘物至少約1微米之厚度後定期性地執行調節處理；然而，這取決於殘餘物與下方之腔室表面組成物的種類與黏附性。一形式中，執行調節處理以沉積厚度至少約500埃之調節層於處理室之內部表面上。
調節處理之一示範性形式中，將包括氬之濺射氣體導入清潔室，並以300watts之功率水平、13.56MHz之頻率的電容性耦合RF能量；以及1000Watts之功率水平、60Mhz功率之頻率的RF能量激發氣體長達約2分鐘。調節材料之來源可為製程套組與腔室本身之其他組成；具有第二材料之塗層的基材，例如具有鋁塗層之矽晶圓；或甚至為可於腔室中濺射之鋁犧牲台。此濺射處理沉積厚度約0.08至約0.12微米之調節層於已經形成於內部腔室表面上之累積處理殘餘物上。在清潔約50至100個基材後可重複調節處理。調節處理可有利地處理較大數目的基材，例如約3500至約4500個基材，而不需關閉腔室以自腔室組成移除處理殘餘物之干擾步驟。
本文所述之製程套組、清潔室100以及清潔與調節處理之實施例提供顯著的優點。清潔室100之輪廓頂電極140、介電環186、基材支撐件130、底部擋板214與其他製程套組組成提供基材104上表面污染物與天然氧化物層更為一致的清潔作用，同時亦可允許清潔循環之間較大數目的基材處理循環。此外，雙頻電容性耦合之清潔處理提供較佳的清潔控制於橫跨基材表面之電漿物種數目或電漿密度以及電漿物種動能兩者。再者，原位金屬濺射處理實質上提高腔室清潔循環間之處理循環的數目。因此，本處理與設備提供顯著較佳的清潔作用同時亦提供清潔室100之關閉時間的實質減少，關閉係打開並移除腔室組成以便清潔所必須。
已經參照本發明某些較佳之形式來描述本發明；然而有可能具有其他形式。例如，熟悉技術之人士可明顯得知輪廓頂電極、介電環、支撐件與下擋板可用於其他類型的應用，例如蝕刻室、CVD室與PVD室。因此，附屬之申請專利範圍的精神與範圍應不受限於本文所包含之較佳形式的描述。
100‧‧‧清潔室
104‧‧‧基材
105‧‧‧封圍壁
106‧‧‧處理區
108‧‧‧頂蓋
110‧‧‧側壁
112‧‧‧底壁
114‧‧‧頂板
116‧‧‧側架部
118、216‧‧‧頂面
120‧‧‧電連接器
122‧‧‧舉升機構
123‧‧‧排氣泵浦
124‧‧‧氣體入口
126‧‧‧氣體源
127‧‧‧氣體流量控制閥
128‧‧‧排氣口
129‧‧‧節流閥
130‧‧‧基材支撐件
131‧‧‧舉升馬達
132‧‧‧舉升箱
134‧‧‧支撐電極
135‧‧‧基座
136、204‧‧‧周圍唇部
137‧‧‧基材接收表面
138‧‧‧舉升銷
139‧‧‧間隙
140‧‧‧輪廓頂電極
141、198‧‧‧周圍邊緣部
143‧‧‧接地環
144‧‧‧拱形表面
145、202‧‧‧架部
146、148‧‧‧剖面
150‧‧‧凸狀塊
152‧‧‧中心區域
154‧‧‧周圍區域
156‧‧‧頂點
160‧‧‧多半徑弧形
162‧‧‧周圍凹槽
164‧‧‧中心部分
166‧‧‧環狀緣
170‧‧‧凹狀部
172‧‧‧頂部區域
174‧‧‧環狀帶
176‧‧‧支撐架部
178‧‧‧介電底板
180‧‧‧周圍凸緣
182‧‧‧環狀頂面
186‧‧‧介電環
188‧‧‧底部
196‧‧‧脊部
208‧‧‧內面
212‧‧‧圓滑邊緣
213‧‧‧中心孔
214‧‧‧底部擋板
215‧‧‧圓形盤
217‧‧‧舉升銷孔
218‧‧‧周圍壁
219‧‧‧內壁
220‧‧‧狹窄間隙
230‧‧‧控制器
參照下方描述、附屬之申請專利範圍與附圖(描述本發明之實施例)可更清楚了解本發明的這些特徵、態樣與優點。然而，可以理解各個特徵可一般地用於本發明中， 而不是僅用於特定圖式中，且本發明包括這些特徵的任何組合，其中：第1圖係清潔室實施例之概要性剖面側視圖，其顯示輪廓頂電極、基材支撐件、介電環、介電底板與下擋板；第2圖係利用平坦頂電極蝕刻清潔之試驗基材上得到的蝕刻剖面圖，以及選擇用來補償此蝕刻剖面之輪廓頂電極的相對應拱形剖面圖；第3圖係具有拱形表面之輪廓頂電極實施例的透視圖，拱形表面包括凸狀塊、周圍槽與周圍壁；第4圖係具有凹面拱形表面之輪廓頂電極的剖面側視圖；第5圖係坐落於介電底板與基材支撐件上之覆蓋環實施例的部分剖面圖，並顯示位於基材支撐件上之基材；第6A圖係底部擋板實施例的透視圖，該底部擋板包括具有周圍壁之圓形盤；第6B圖係底部擋板另一實施例的透視圖，該底部擋板包括彼此同心的周圍壁與內壁；及第7圖係橫跨清潔室中處理之基材表面所得到之一致清潔速率的輪廓圖。
100‧‧‧清潔室
104‧‧‧基材
105‧‧‧封圍壁
106‧‧‧處理區
108‧‧‧頂蓋
110‧‧‧側壁
112‧‧‧底壁
114‧‧‧頂板
116‧‧‧側架部
118、216‧‧‧頂面
120‧‧‧電連接器
122‧‧‧舉升機構
123‧‧‧排氣泵浦
124‧‧‧氣體入口
126‧‧‧氣體源
128‧‧‧排氣口
129‧‧‧節流閥
130‧‧‧基材支撐件
131‧‧‧舉升馬達
132‧‧‧舉升箱
134‧‧‧支撐電極
135‧‧‧基座
137‧‧‧基材接收表面
138‧‧‧舉升銷
139‧‧‧間隙
140‧‧‧輪廓頂電極
141、198‧‧‧周圍邊緣部
143‧‧‧接地環
144‧‧‧拱形表面
145‧‧‧架部
152‧‧‧中心區域
154‧‧‧周圍區域
156‧‧‧頂點
160‧‧‧多半徑弧形
174‧‧‧環狀帶
176‧‧‧支撐架部
178‧‧‧介電底板
180‧‧‧周圍凸緣
182‧‧‧環狀頂面
186‧‧‧介電環
204‧‧‧周圍唇部
213‧‧‧中心孔
214‧‧‧底部擋板
218‧‧‧周圍壁
220‧‧‧狹窄間隙
230‧‧‧控制器

Claims (21)

  1. 一種自一或多個基材移除材料的處理，包括：(a)在一處理室中，自一第一批基材的各個基材移除一數量的材料，其中自該第一批的各個基材移除該材料會在該處理室的一內部表面上形成一第一處理殘餘物；(b)藉由使用一濺射氣體自一調節基材的一表面濺射一材料，而在該第一處理殘餘物上沉積包括一調節材料的一調節層，該調節材料不同於自該第一批之基材移除之材料，該濺射氣體是以一第一濺射功率於一第一濺射頻率以及以一第二濺射功率於一第二濺射頻率激發(energized)，該第一濺射頻率低於該第二濺射頻率，且該第一濺射頻率之該第一濺射功率少於該第二濺射頻率之該第二濺射功率；及(c)在該處理室中，自一第二批基材的各個基材移除一數量的材料，其中自該第二批的各個基材移除該材料會在該調節層上形成一第二處理殘餘物，其中(a)包括：藉由輸送一雙頻電功率至一清潔氣體以激發該處理室中的該清潔氣體，該雙頻電功率包括至少約1：2的一第一清潔頻率與一第二清潔頻率之功率比，且該第一清潔頻率低於該第二清潔頻率。
  2. 如請求項1所述之處理，更包括在移除一製程套組之前依序重複步驟(b)與步驟(c)至少10次，該製程套組具 該內部表面，該處理殘餘物形成於該內部表面上。
  3. 如請求項1所述之處理，其中該調節基材包括一含矽基材，該含矽基材具有配置於一表面上的一材料層，其中該調節材料包括一金屬。
  4. 如請求項1所述之處理，其中該調節材料包括鋁或鈦。
  5. 如請求項1所述之處理，其中自該第一批基材移除的該材料包括氮化矽。
  6. 如請求項1所述之處理，其中自該第一批基材移除的該材料包括聚亞醯胺。
  7. 如請求項6所述之處理，其中該調節材料包括一金屬。
  8. 如請求項1所述之處理，更包括：藉由自該調節基材的該表面濺射一材料，而在該第二處理殘餘物上沉積包括該調節材料的一額外調節層，其中該調節材料包括鋁或鈦。
  9. 如請求項1所述之處理，其中該第一處理殘餘物的厚 度至少約1微米。
  10. 如請求項1所述之處理，其中該調節層的厚度至少約500埃。
  11. 如請求項1所述之處理，其中該第一濺射頻率與該第一清潔頻率是13.5MHz。
  12. 如請求項1所述之處理，其中該第二濺射頻率與該第二清潔頻率是60MHz。
  13. 如請求項1所述之處理，其中步驟(a)更包括設定一頂電極(ceiling electrode)與一基材支撐件間之一間隙，其中該間隙是針對該步驟(a)過程中該第一批基材中處理的各個基材而加以設定。
  14. 一種自一或多個基材移除材料的處理，包括：(a)在一處理室中，藉由濺射自一第一批基材的各個基材移除一數量的材料，其中該處理室具有一輪廓(contoured)頂電極，且其中自該第一批的各個基材移除該數量的材料會在該處理室的一內部表面上形成一第一處理殘餘物，該第一處理殘餘物包括矽；(b)藉由使用一濺射氣體自配置在一調節基材的一表面上的一層濺射一材料，而在該第一處理殘餘物上沉積 一調節層，該調節層包括鋁或鈦，該濺射氣體是以一第一濺射功率於一第一濺射頻率以及以一第二濺射功率於第二濺射頻率激發，該第一濺射頻率低於該第二濺射頻率，且該第一濺射頻率之該第一濺射功率少於該第二濺射頻率之該第二濺射功率；及(c)在該處理室中，藉由濺射自一第二批基材的各個基材移除一數量的材料，其中自該第二批的各個基材移除該數量的材料會在該調節層上形成一第二處理殘餘物，該第二處理殘餘物包括矽，其中自該第一批的各個基材移除該數量的材料以及自該第二批的各個基材移除該數量的材料各自更包括：藉由輸送一雙頻電功率至一清潔氣體來激發該清潔氣體，該清潔氣體是配置於該處理室中。
  15. 如請求項14所述之處理，更包括在移除一製程套組部件之前依序重複(b)與(c)至少10次，而該製程套組部件具有該內部表面，該處理殘餘物形成於該內部表面上。
  16. 如請求項14所述之處理，其中該調節基材包括一含矽基材，該含矽基材具有配置於一表面上的一材料層，其中該材料層包括鋁。
  17. 如請求項14所述之處理，其中該第一處理殘餘物包括氮化矽。
  18. 如請求項14所述之處理，其中該第一處理殘餘物更包括聚亞醯胺。
  19. 如請求項14所述之處理，其中輸送該雙頻電功率包括：在約13.5MHz的一第一頻率下輸送一第一數量的電功率，以及在約60MHz的一第二頻率下輸送一第二數量的電功率。
  20. 如請求項14所述之處理，其中(a)更包括設定該輪廓頂電極與一基材支撐件間之一間隙，其中該間隙是針對(a)過程中該第一批基材中處理的各個基材而加以設定。
  21. 一種自一或多個基材移除材料的處理，包括：(a)使用雙頻電功率活化一清潔氣體，以產生一活化清潔氣體，該雙頻電功率具有處於一第一功率層級的一第一頻率以及處於一第二功率層級的一第二頻率，其中該第二功率層級是該第一功率層級的至少兩倍，且其中該第一頻率低於約10MHz且該第二頻率為至少約20MHz；(b)在一處理室中，輸送該活化清潔氣體至一第一批基材，而自該第一批基材的各個基材移除一數量的材料，其中該處理室具有一輪廓頂電極，且其中自該第一批的各個基材移除該材料會在該處理室的一內部表面 上形成一第一處理殘餘物；(c)藉由使用一活化濺射氣體自一調節基材的一表面濺射一材料，而在該第一處理殘餘物上沉積一調節層，該調節層包括一調節材料，該調節材料與從該第一批的基材移除的該材料不同；及(d)在該處理室中，自一第二批基材的各個基材移除一數量的材料，其中自該第二批的各個基材移除該材料會在該調節層上形成一第二處理殘餘物。
TW101121147A 2007-05-08 2008-05-07 基材清洗室及清潔與調節之方法 TWI544530B (zh)

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TW201243924A TW201243924A (en) 2012-11-01
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