TWI545222B - The cleaning method of the plasma processing chamber - Google Patents

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    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
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Description

等離子體處理腔室的清潔方法
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種等離子體處理腔室的清潔方法。
等離子處理裝置利用真空反應室的工作原理進行半導體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應室的工作原理是在真空反應室中通入含有適當刻蝕劑源氣體的反應氣體，然後再對該真空反應室進行射頻能量輸入，以啟動反應氣體，來激發和維持等離子體，以便分別刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上澱積材料層，進而對半導體基片和等離子平板進行加工。
等離子體處理腔室在基片制程過程中往往產生很多污染，例如金屬污染或者聚合物沉積等。為了去除污染物，往往需要在執行一定數量的基片制程以後進行等離子體清潔處理。然而，在對等離子體處理腔室執行清潔的過程中往往也會在腔室內部的局部區域產生意想不到的二次污染，往往對後續的基片制程產生影響。
本發明正是基於此提出的。
針對背景技術中的上述問題，本發明提出了一種等離子體處理腔室的清潔方法。
本發明第一方面提供了一種用於等離子體處理腔室的清潔方法，其中，通過等離子體處理腔室的氣體噴淋頭向腔室內部通入清潔氣體，然後施加射頻能量將清潔氣體激發成等離子體對腔室內部進行清潔，其中，在所述等離子體處理腔室的冷卻氣體供應管道內持續供應冷卻氣體。
進一步地，所述清潔方法包括如下步驟：在所述等離子體處理腔室的冷卻氣體供應管道內持續供應冷卻氣體至清潔結束。
進一步地，所述冷卻氣體供應管道設置於基台之中，氣體供應管道具有一噴氣口，所述噴氣口對著基片背面吹氣。
進一步地，所述冷卻氣體供應管道下方連接有一冷卻氣體供應裝置。
進一步地，所述冷卻氣體供應裝置的下方還連接有一控制裝置。
進一步地，在所述冷卻氣體供應裝置上游的冷卻氣體供應管道上還連接有一閥門。
進一步地，所述供應冷卻氣體的壓力為大於所述等離子體處理腔室執行清潔時的腔室內部壓力。
進一步地，所述供應冷卻氣體的壓力的取值範圍為10mT~10T。
進一步地，所述清潔氣體為氧氣。
進一步地，所述冷卻氣體為氦氣。
本發明提供的等離子體處理腔室的清潔方法，能夠在清潔的過程中保證氦氣供應管道不會受到污染，不會因為清潔過程而在管道內壁 沉積污染物，甚至被堵塞。
100‧‧‧等離子體刻蝕腔室
101‧‧‧冷卻氣體供應管道
102‧‧‧腔室側壁
103‧‧‧氣體源
104‧‧‧射頻電源
105‧‧‧真空泵
106‧‧‧基台
107‧‧‧等離子體約束環
108‧‧‧電阻
109‧‧‧氣體噴淋頭
110‧‧‧氣體供應裝置
111‧‧‧控制裝置
112‧‧‧保護裝置
a1‧‧‧第一閥門
a2‧‧‧閥門
b1‧‧‧第二閥門
W‧‧‧基片
201‧‧‧冷卻氣體供應管道
206‧‧‧基台
210‧‧‧冷卻氣體供應裝置
211‧‧‧控制裝置
第1圖，為等離子體處理腔室的結構示意圖。
第2圖，為現有技術的等離子體處理腔室的冷卻氣體供應系統的結構示意圖。
第3圖，為根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的冷卻氣體供應系統的結構示意圖。
以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行說明。
要指出的是，“半導體工藝件”、“晶圓”和“基片”這些詞在隨後的說明中將被經常互換使用，在本發明中，它們都指在處理反應室內被加工的工藝件，工藝件不限於晶圓、襯底、基片、大面積平板基板等。為了方便說明，本文在實施方式說明和圖示中將主要以“基片”為例來作示例性說明。
下文以等離子體刻蝕腔室為例進行說明，本領域技術人員應當理解，本發明不限於此，本發明廣泛地適用於各種等離子體處理腔室，例如化學氣相沉積腔室(CVD)等。
第1圖示出了等離子體處理腔室的結構示意圖，特別地，等離子體處理腔室為等離子體刻蝕腔室100。等離子體刻蝕腔室100具有一個處理腔體(未示出)，處理腔體基本上為柱形，且處理腔體側壁102基本上垂直，處理腔體內具有相互平行設置的上電極和下電極。通常，在上電極 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。在基台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，所述基台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內的氣體噴淋頭109，一個或多個射頻電源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與下電極上，用以將射頻功率輸送到下電極上或上電極與下電極上，從而在處理腔體內部產生大的電場。大多數電場線被包含在上電極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。在等離子體刻蝕腔室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。腔室側壁102上連接有接地端，其中設置有一電阻108。
如第1圖所示，等離子體刻蝕腔室100還包括冷卻氣體供應管道101，所述冷卻氣體供應管道101豎直地設置於基台106之中。其中，所述冷卻氣體供應管道101的長度足夠橫亙整個基台106，並且冷卻氣體供應管道101具有一噴氣口，因此，所述噴氣口能夠對著其上放置的基片W背面吹氣。冷卻氣體供應管道101下方還連接有一冷卻氣體供應裝置110， 用於向冷卻氣體供應管道101供應冷卻氣體。冷卻氣體供應裝置110下方連接有一控制裝置111，用於控制冷卻氣體供應裝置110向冷卻氣體供應管道101供應冷卻氣體。
第2圖是現有技術的等離子體處理腔室的冷卻氣體供應系統的結構示意圖。如第2圖所示，在基片W放置到等離子體刻蝕腔室100的基台106上進行制程的時候，基片W被夾持在基台106上，冷卻氣體通過冷卻氣體供應管道101對準基片W背面噴氣，來調整基片W的溫度。當等離子體刻蝕腔室100對特定數量的基片W進行制程後，會對腔室執行一個清洗步驟。然而，根據現有技術的機制，腔室裡面的聚合物污染會一點點掉入冷卻氣體供應管道101，再加上冷卻氣體供應管道101一直會被抽氣和充氣，一段時間後，整個冷卻氣體供應管道101都會被污染，成為顆粒污染的源頭。如第2圖所示，現有技術在冷卻氣體管道101之上的氣體供應裝置110上游會設置一個保護裝置112，保護裝置112用於防止聚合物污染倒灌或者作為收集聚合物污染的裝置，然後定期清洗甚至更換冷卻氣體，這增加了等離子體刻蝕腔室100的成本，並延長了等離子體刻蝕腔室100的停機時間，降低了等離子體刻蝕腔室100的使用率。其中，第一閥門a1用於控制冷卻氣體供應裝置110和冷卻氣體供應管道101之間的連通與否，第二閥門b1用於控制保護裝置112的連通與否。
第3圖是根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的冷卻氣體供應系統的結構示意圖。根據分析，在基片W的制程過程中，基台106上夾持有基片W，並且冷卻氣體供應管道101之中一直供應著冷卻氣體，此時聚合物污染不可能掉入冷卻氣體供應管道101裡。因此，判 斷聚合物污染只有在對腔室執行清潔制程時才有可能掉入冷卻氣體供應管道101裡。事實上，在對腔室執行清潔制程時冷卻氣體供應管道101是不流冷卻氣體的。有了上面的判斷，在在對腔室執行清潔制程時在冷卻氣體供應管道101中流一定量的冷卻氣體，冷卻氣體供應管道101中的壓力稍微大於腔室內部的壓力，就可以完全防止聚合物污染掉入冷卻氣體供應管道101中，最終徹底解決冷卻氣體供應管道101被污染的問題。
本發明第一方面提供了一種用於等離子體處理腔室的清潔方法，其中，通過等離子體處理腔室的氣體噴淋頭向腔室內部通入清潔氣體，然後施加射頻能量將清潔氣體激發成等離子體對腔室內部進行清潔。 其中，在所述等離子體處理腔室的冷卻氣體供應管道201內持續供應冷卻氣體。根據本發明一個優選實施例，所述清潔方法包括如下步驟：在所述等離子體處理腔室的冷卻氣體供應管道201內持續供應冷卻氣體至清潔結束。
進一步地，所述冷卻氣體供應管道201設置於基台206之中，冷卻氣體供應管道201具有一噴氣口，所述噴氣口對著基片W背面吹氣。
進一步地，所述冷卻氣體供應管道201下方連接有一冷卻氣體供應裝置210，用於供應冷卻氣體至冷卻氣體供應管道201。
進一步地，所述冷卻氣體供應裝置210的下方還連接有一控制裝置211，其用於控制冷卻氣體供應裝置210往冷卻氣體供應管道201供應冷卻氣體。其中，在冷卻氣體供應裝置210上有的冷卻氣體供應管道201之中還設置有一閥門a2。
進一步地，所述供應冷卻氣體的壓力為大於所述等離子體處理腔室執行清潔時的腔室內部壓力。
進一步地，所述供應冷卻氣體的壓力的取值範圍為10mT~10T。示例性地，所述供應冷卻氣體的壓力的取值範圍包括20mT、80mT、2T、5T、5.6T、8T等。
進一步地，所述清潔氣體為氧氣。
進一步地，所述冷卻氣體為氦氣。
本發明提供的等離子體處理腔室的清潔方法，能夠在清潔的過程中保證氦氣供應管道不會受到污染，不會因為清潔過程而在管道內壁沉積污染物，甚至被堵塞。並且，無需設置任何保護裝置，用於防止聚合物污染倒灌或者作為收集聚合物污染的裝置，然後定期清洗甚至更換冷卻氣體，這降低了等離子體刻蝕腔室的成本，並延長了等離子體刻蝕腔室的停機時間，降低了等離子體刻蝕腔室的使用率。
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權利要求來限定。此外，不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求；“包括”一詞不排除其它權利要求或說明書中未列出的裝置或步驟；“第一”、“第二”等詞語僅用來表示名稱，而並不表示任何特定的順序。
a2‧‧‧閥門
W‧‧‧基片
201‧‧‧冷卻氣體供應管道
206‧‧‧基台
210‧‧‧冷卻氣體供應裝置
211‧‧‧控制裝置

Claims (8)

  1. 一種用於等離子體處理腔室的清潔方法，其中，通過等離子體處理腔室的氣體噴淋頭向腔室內部通入清潔氣體，然後施加射頻能量將清潔氣體激發成等離子體對腔室內部進行清潔，其特徵在於，所述清潔方法包括如下步驟：於清潔過程中，在所述等離子體處理腔室的冷卻氣體供應管道內持續供應冷卻氣體，所述冷卻氣體供應管道設置於基台之中，氣體供應管道具有一噴氣口，所述噴氣口對著基片背面吹氣，所述基片放置在所述基台之上方，所述供應冷卻氣體的壓力為大於所述等離子體處理腔室執行清潔時的腔室內部壓力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其特徵在於，所述清潔方法包括如下步驟：在所述等離子體處理腔室的冷卻氣體供應管道內持續供應冷卻氣體至清潔結束。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其特徵在於，所述冷卻氣體供應管道下方連接有一冷卻氣體供應裝置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之清潔方法，其特徵在於，所述冷卻氣體供應裝置的下方還連接有一控制裝置。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之清潔方法，其特徵在於，在所述冷卻氣體供應裝置上游的冷卻氣體供應管道上還連接有一閥門。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其特徵在於，所述供應冷卻氣體的壓力的取值範圍為10mT~10T。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其特徵在於，所述清潔氣體為 氧氣。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之清潔方法，其特徵在於，所述冷卻氣體為氦氣。
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