專利名稱：用于陽極化腔室部件的濕法清潔工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及等離子體處理裝置。具體地說，本發(fā)明涉及用于等離 子體蝕刻反應(yīng)器中的腔室部件的清潔。
背景技術(shù)：
等離子體反應(yīng)器用于許多制造半導(dǎo)體集成電路的步驟中，包括等離子
體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)、磁控濺鍍(magnetron sputtering)或更一般的 物理氣相沉積(PVD)、蝕刻與清潔以及其他用于調(diào)整或處理晶圓上即將形 成的電路的一層或多層的一般等離子體處理。近代等離子體處理裝置趨向 非常昂貴，因?yàn)槠湫枰谙喈?dāng)窄的處理窗口內(nèi)執(zhí)行，并需要能夠以極短的 停工期來進(jìn)行維修與保養(yǎng)。因此，人們需要加寬處理窗口并縮短停工期且 不會明顯地提高成本。
等離子體反應(yīng)器操作中的一個(gè)問題是材料傾向除了沉積在即將處理的 晶圓上之外還沉積在腔室部件上。沉積可不僅發(fā)生于沉積室(例如，用于 PECVD與PVD)中，并也可發(fā)生于等離子體蝕刻與清潔反應(yīng)器中，其中蝕 刻處理自晶圓移除材料但沉積蝕刻殘余物于腔室壁與其他腔室部件上。等 離子體蝕刻反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)例為可得自Applied Materials, Inc.(Santa Clara, Califomia)的DPS蝕刻反應(yīng)器10，其概要示于圖1的橫截面圖中。其包括 界定處理室16與泵浦室18的腔室主體12與腔室蓋14，泵浦室18內(nèi)含有 陰極20，陰極20上有靜電吸盤22或其他晶圓固定裝置以支撐即將蝕刻的 晶圓24。邊緣環(huán)25在處理過程中圍繞晶圓24。
經(jīng)晶圓端口 26將晶圓24插入處理室16，晶圓端口 26被狹縫閥門 28(slit valve door，還示于圖2的正交視圖中)選擇性地關(guān)閉，好讓真空泵 浦30抽吸泵浦室18與處理室16至通常在中等毫托(milliTorr)范圍內(nèi)的壓 強(qiáng)。計(jì)量自氣體供應(yīng)器33進(jìn)入氣體管線32并經(jīng)過蓋14底部的氣體噴嘴
34注入處理室的處理氣體。加熱器36選擇性加熱蓋14并因此加熱晶圓 24。蓋14背部上的RF線圈38誘導(dǎo)耦合RF功率進(jìn)入處理室16以激發(fā)處 理氣體成為等離子體來蝕刻晶圓24?？赏ㄟ^電容性耦合電路對陰極20進(jìn) 行RF偏壓以幫助蝕刻處理，特別是幫助形成高深寬比(aspect-mtio)的孔 洞。篩子40(還示于圖3的正交視圖中)分隔處理室16與泵浦室18同時(shí)允 許氣體流動于其間。電性接地以將等離子體限制于處理室16。
蝕刻處理傾向產(chǎn)生蝕刻殘余物，其沉積于處理室16與泵浦室18的側(cè) 壁四周，因此需要周期性的清潔。另外，人們希望腔室主體12由便宜的 金屬(如，鋁)所制成，而由較抗蝕刻且昂貴的材料來內(nèi)襯(line)處理室16與 泵浦室18。因此，下襯里(liner)42(還示于圖4的正交視圖中)內(nèi)襯泵浦室 18而上襯里44(還示于圖5的正交視圖中)內(nèi)襯處理室16的側(cè)面并界定泵 浦室18頂部的部分。同樣地，陰極襯里46(還示于圖6的正交視圖中)內(nèi)襯 陰極46的橫向側(cè)面。
長期應(yīng)用之后，可能會產(chǎn)生氟化物殘余物的表面涂層，可從反應(yīng)器10 移除襯里42、 44、 46以及狹縫閥門28與篩子40，并由新的部件取代?？?有利地清潔使用過的部件并再次使用。
腔室的襯里與其他可移除部件一般由鋁構(gòu)成。具體地說，金屬蝕刻反 應(yīng)器中，鋁本身某種程度受到與晶圓的金屬部件所暴露的相同蝕刻化學(xué)作 用。即便在硅與電介質(zhì)蝕刻室中，蝕刻硅或介電層的化學(xué)作用也傾向蝕刻 鋁質(zhì)腔室部件。因此，傳統(tǒng)上在許多等離子體蝕刻反應(yīng)器中對鋁質(zhì)腔室主 體與腔室部件進(jìn)行陽極化以產(chǎn)生陽極化鋁的表面層(通常成分為A1203)，其 通常實(shí)質(zhì)上不與金屬蝕刻等離子體反應(yīng)。通常系利用熱H2S04電解液執(zhí)行 第III型硬式陽極化處理(hard anodization)以產(chǎn)生厚、硬、黑的表面層。如 圖7的橫截面圖所示，陽極化處理工藝氧化作為基材的下方鋁質(zhì)部件60。 可以理解鋁可包含高達(dá)約10 Wt。/o非故意的雜質(zhì)或故意的合金成分(例如， 硅)。陽極化處理首先產(chǎn)生陽極化鋁的相當(dāng)一致且密集的薄界面層62。然 而，進(jìn)一步的陽極化處理產(chǎn)生陽極化鋁較厚的圓柱區(qū)域64 ，其中圓柱66 圍繞孔68形成。電解液可填滿孔68以有效地成長厚的陽極化層?？?8可 讓圓柱66自鋁源材料向上成長相當(dāng)遠(yuǎn)。
陽極化鋁的固體部分62、 64提供下方鋁質(zhì)部件60相當(dāng)結(jié)實(shí)的保護(hù) 層。然而，孔68提供蝕刻等離子體通道以便相當(dāng)接近鋁質(zhì)部件60。因 此，標(biāo)準(zhǔn)工藝是以密封層70(示于圖8的橫截面圖中)密封孔68，密封層70 可避免蝕刻等離子體進(jìn)入孔68。傳統(tǒng)密封層70系由水軟鋁石(boehmite)所 構(gòu)成，其為Y-AIO(OH)，氫氧化鋁?？赏ㄟ^將陽極化表面浸于熱的去離子 水(DI)中而形成水軟鋁石密封層70。
基于氟的等離子體蝕刻對于陽極化鋁腔室部件有特定的問題。蝕刻金 屬的典型處理氣體包括氟碳化合物CxFy，雖然可加入其他氣體與其他基于 氟的蝕刻氣體(包括NF3、 SF6與其他氟化物)。介電蝕刻處理同樣地應(yīng)用氟 碳化合物氣體的等離子體。氟在鋁質(zhì)部件(甚至陽極化部件)存在下可能會 產(chǎn)生氟化鋁(AlFx)與氧氟化鋁(A10F)，其不易揮發(fā)并沉積于陽極化部件上 且開始增厚。雖然微粒是潛在的問題，但更急迫的問題是增厚的氟化鋁或 氧氟化鋁膜傾向于改變腔室的化學(xué)作用并造成蝕刻處理偏移。不像大部分 的其他氟化物或鹵化物，氟化鋁是不易揮發(fā)且不溶于水與許多溶劑的硬質(zhì) 材料。并尚未無發(fā)現(xiàn)可在原位等離子體干法清潔過程中移除氟化鋁的等離
子體清潔工藝。進(jìn)一步的問題是氟化鋁易于被玻璃二氧化硅(Si02)薄層所
覆蓋，玻璃二氧化硅是由石英腔室部件或者蝕刻硅或氧化硅層的反應(yīng)副產(chǎn) 物所形成。
傳統(tǒng)清潔工藝已經(jīng)應(yīng)用劇烈的研磨擦洗(scrubbing)來移除A1F與二氧 化硅層。然而，劇烈的擦洗易于傷害陽極涂層。有時(shí)應(yīng)用稀釋的草酸 (C2H204)作為濕法清潔溶液。然而，草酸無法有效地移除來自晶圓處理的 副產(chǎn)物與殘余物。再者，酸性溶液易于降解陽極化層與密封層。
可簡單地以新的且新近陽極化的部件替換腔室部件。然而，部件趨向 昂貴而鋁質(zhì)真空室本身也需要偶爾的清潔。

發(fā)明內(nèi)容
提供了從陽極化的鋁質(zhì)表面或其他金屬氧化物表面移除氟化物殘余物 的清潔方法。將表面暴露于可溶解氟化物的溶劑(例如，氟化物酸)中，氟 化物酸例如氟化銨。優(yōu)選地，溶劑將氟化物殘余物溶解于水中。此方法對
于清潔曾暴露于等離子體蝕刻反應(yīng)器中的氟等離子體的陽極化鋁質(zhì)部件來 說，特別有用。
在施加濕法溶劑之前，可先進(jìn)行表面的濕法研磨擦洗(優(yōu)選地利用非金 屬研磨料)。研磨擦洗可移除傾向形成的硬二氧化硅表面層。
清潔之后，可通過將部件浸于熱水浴槽中而重新密封陽極處理物，熱
水浴槽可以以水軟鋁石(boehmite)密封陽極處理物的孔。


圖l是應(yīng)用本發(fā)明的等離子體蝕刻反應(yīng)器的概要橫截面圖。
圖2是圖1的反應(yīng)器的狹縫閥門的正交視圖。
圖3是圖1的反應(yīng)器的篩子的正交視圖。
圖4與圖5是圖1的反應(yīng)器的下襯里與上襯里的正交視圖。
圖6是圖1的反應(yīng)器的陰極襯里的正交視圖。
圖7是陽極化鋁質(zhì)表面的橫截面圖。
圖8是經(jīng)密封的陽極化鋁質(zhì)表面的橫截面圖。
圖9是描述實(shí)施本發(fā)明的方法的一實(shí)施例的流程圖。
附圖標(biāo)號說明
10等離子體蝕刻反應(yīng)器 12腔室主體 14腔室蓋 16處理室 18泵浦室
22靜電吸盤 24晶圓 26晶圓端口 28狹縫閥門 30真空泵浦
32氣體管線
33氣體供應(yīng)器
34氣體噴嘴
36加熱器
38 RF線圈
40篩子
42下襯里
44上襯里
46陰極襯里
60鋁質(zhì)部件
62密集氧化鋁界面層
64氧化鋁圓柱區(qū)域
66圓柱
68孔
70密封層
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供輕柔但卻有效的陽極化腔室部件濕法清潔方法，以移除氟 化鋁與氧氟化鋁沉積物。再者，本發(fā)明可包括重新密封經(jīng)清潔的陽極化部 件。
為了清潔，需要自腔室卸下部件。專門的部件需要特殊的前處理。例 如，某些腔室襯里可能包括冷卻通道。需要排空、注滿、清洗并接著可能 堵篩這些通道以將其與隨后的濕法清潔分隔?？捎迷谌ルx子(DI)水中實(shí)施 前清洗步驟來清潔外來的微粒。
清潔各個(gè)部件的工藝概述于圖9的流程圖中。步驟80中，通過輕柔濕 法擦洗手工清潔移除沉積物。當(dāng)蝕刻室包含石英部件時(shí)，擦洗可有效地移 除傾向于形成的玻璃二氧化硅涂層。用于懸浮二氧化硅微粒的濕法介質(zhì)可 為DI水。研磨料可為來自3M Corporation(St. Paul, Minnesota)的灰色 Scotch-Brite 研磨墊或海棉。灰色Scotch-Brite研磨料為包含超細(xì)碳化硅微
粒的超細(xì)編織硬塑膠研磨料。步驟82中，清洗(例如，在DI水中)經(jīng)擦洗 的部件并吹干(例如，以氮或干凈的干燥空氣)。
步驟84中，遮蔽部件以保護(hù)不需清潔的區(qū)域，例如未陽極化表面或未
經(jīng)歷外來沉積物的表面。
步驟86中，對部件進(jìn)行溶解氟化物的濕法處理。優(yōu)選的溶劑是ACT NE-14，其為可得自Ashland Speciality Chemical Company(Dublin， Ohio)的
緩沖氟化物酸。商業(yè)上可取得的NE-14可不經(jīng)稀釋便加以使用但也可選地 稀釋它。 一般認(rèn)為NE-14的主要活性成分是水溶液中的氟化銨(NH4F)。氟 化銨也可描述成氟化鹽類或含銨的堿類。以醋酸銨達(dá)成緩沖。殘余物 A1C13、 Al&與Al(OH)3不溶于水中，但氟化銨將其轉(zhuǎn)化成非常易溶于水的 NH4A1F4。不像HF，氟化銨沒有強(qiáng)到足以還原八1203或以其他方式降解鋁 質(zhì)陽極處理物，且會改造氟化物成為不期望的A1FX。同樣地，NE-14無法 有效地蝕刻或攻擊陶瓷氧化物(諸如，氧化鋁(八1203)與氧化釔(￥203))或其 他離子鍵結(jié)合的金屬氧化物(例如，氧化鋯)。
為了轉(zhuǎn)化氟化鋁，在室溫或高于室溫下將部件浸于NE-14的持續(xù)攪拌 槽中較長的時(shí)間(例如，大于10分鐘)。實(shí)例包括在20°C下的1小時(shí)浸 泡。溶劑浸泡的效果是從陽極化表面移除所有的氟并將其溶解于溶劑中。
步驟88中，接著自陽極化部件移除含氟溶劑。例如，以DI水噴灑清 洗部件并接著浸入DI水清洗的超聲波槽中。接著以經(jīng)過濾的氮?dú)饣蚋蓛?的干燥空氣完全吹干。優(yōu)選地重復(fù)步驟86、 88，且優(yōu)選地重復(fù)l次。
已經(jīng)移除氟化物之后，步驟90中，可選地執(zhí)行陽極化處理后調(diào)整以重 新密封孔。該調(diào)整可與在鋁質(zhì)部件最初的陽極化處理后執(zhí)行的調(diào)整相同， 盡管在示出的序列中沒有陽極化處理步驟。調(diào)整或重新密封步驟的實(shí)例為 優(yōu)選在95°與115°(3之間的溫度下在熱DI水中持續(xù)攪動熱密封數(shù)個(gè)小時(shí)。 一個(gè)方案包括四小時(shí)浸置于攪動的沸騰(100。C) DI水中。然而，可應(yīng)用其 他重新密封條件，而較高的溫度可減少處理時(shí)間但有可能使脆弱的陽極處 理物斷裂。
步驟92中，可進(jìn)行兩項(xiàng)測量以檢驗(yàn)處理的有效性。 一種類型的試驗(yàn)利 用離子色譜儀來測量部件表面上的氟陰離子濃度。預(yù)期具有最高污染的部
件(經(jīng)清潔的襯里)測量出0.92至3.2X10"cn^的氟陰離子(F-)濃度。其他 腔室部件(諸如，門與陰極)測量出程度稍微較低的0.9至1.3X1014cm—2。為 了進(jìn)行比較，在清潔之前執(zhí)行相似的試驗(yàn)并顯示某些襯里表面上氟陰離子 濃度為45至110X10"cm氣也就是說，清潔減少氟陰離子濃度約50倍或 更多倍。為了進(jìn)一步比較，新的陽極化部件測量出0.62X10"cm-2的氟陰 離子濃度。也就是說，經(jīng)清潔的部件的氟污染沒有超出未用于氟式等離子 體處理的部件的大約兩倍。
第二型試驗(yàn)測量重新密封陽極處理物的孔的有效性。在濕法工藝中測 量密封值，濕法工藝將陽極化表面暴露于電解液中并在電解液與鋁質(zhì)基材 間測量電導(dǎo)納(阻抗的倒數(shù))。若孔被不良地密封，電解液滲入孔中并提高 導(dǎo)納(admittance),因此高導(dǎo)納或密封值代表密封不良的陽極處理物。清潔 與重新密封后測量的密封值不超過約8000。相反地，清潔與重新密封之 前，陰極上的密封值約24,000而內(nèi)襯上的密封值不超過約18,000。也就是 說，清潔與重新密封不僅沒有降解反而明顯地提高使用后的密封。若部件 無法通過這兩個(gè)試驗(yàn)任一的最低閥值，將重復(fù)清潔處理或者摒棄部件并用 新的部件替換。
處理進(jìn)展過程中，在各個(gè)清潔循環(huán)中執(zhí)行試驗(yàn)。 一但處理進(jìn)入長期生 產(chǎn)，將減少一個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)的頻率至例如僅為時(shí)間的20%，以確保令人滿 意地執(zhí)行清潔處理。
在部件重新進(jìn)入生產(chǎn)之前，其在步驟94中進(jìn)行溫暖的超聲波清洗，例 如在38至46。C范圍中固定于DI水中30分鐘。較寬的溫度范圍包括任何 高于35°C的溫度。該步驟有效地自陽極化部件上移除任何鹽類(例如，氟 化物化合物)。接著吹干該部件。
最后，步驟96中，對清潔過的部件進(jìn)行干烤，例如在優(yōu)選介于90。與 115。C間的高溫下(例如，100。C)固定于烤箱中至少約3小時(shí)，雖然烘烤溫 度有可能低至80°C。在烘烤過程中用經(jīng)過濾的氮?dú)饣蚋蓛舻母稍锟諝馇?潔烤箱。烘烤移除任何濕法殘余物，例如在不完全密封的孔中的殘余物。 較高的烤箱溫度可允許較短的烘烤時(shí)間。
可以將本發(fā)明方法應(yīng)用更較大、更復(fù)雜的部件，例如為節(jié)省成本以陽 極化鋁制造的腔室主體。
雖然本發(fā)明不須重新陽極化便可自陽極化鋁質(zhì)部件移除氟化物殘余 物，其也可應(yīng)用至其他材料的清潔表面，例如由耐火金屬氧化物(諸如，氧 化鋁、氧化釔、氧化鋯與其他離子鍵結(jié)合的金屬氧化物)所構(gòu)成的陶瓷。特 別在陶瓷實(shí)例中，在清潔之后通常不需要重新密封表面。另一方面，本發(fā) 明恢復(fù)的部件無法直接用于被視為共價(jià)鍵結(jié)合的氧化物的干凈石英
(Si02)。已知NE-14會攻擊石英與含碳聚合式光刻膠兩者。
因此，本發(fā)明提供刷新暴露至等離子體的腔室部件的經(jīng)濟(jì)方法，該等 離子體傾向在部件上形成不溶的殘余物，例如利用含氟蝕刻氣體的等離子 體蝕刻所得的結(jié)果。
權(quán)利要求
1. 一種用于清潔陽極化鋁質(zhì)構(gòu)件的方法，其至少包括下列步驟用非金屬研磨料濕法擦洗該鋁質(zhì)構(gòu)件的陽極化表面；及接著暴露該陽極化表面于一液體溶劑，該液體溶劑能溶解氟化物但在該鋁質(zhì)構(gòu)件上留下至少部分的陽極化表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑包括氟化物酸。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述氟化物酸包括氟化銨。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑包括氟化銨水溶液。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑包括含NH4的堿。
6. 如權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)所述的方法，還包括隨后密封該陽極化 表面的多個(gè)孔的步驟。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述構(gòu)件在所述暴露步驟與密封步 驟之間未被重新陽極化。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述密封步驟包括將所述陽極化表 面浸泡于高于95°C的溫度的水中。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述浸泡步驟持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí)。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括隨后在高于35°C的溫度下于水 中超聲波清洗所述陽極化表面的步驟。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括隨后在至少80°C的溫度下于 干燥環(huán)境中烘烤所述構(gòu)件的步驟。
12. —種清潔氧化物表面的方法，其至少包括下列步驟 用非金屬研磨料濕法擦洗包括離子鍵結(jié)合的金屬氧化物的表面，其中所述表面是鋁質(zhì)構(gòu)件的陽極化表面；及接著暴露該表面于一液體溶劑，該液體溶劑能溶解氟化物但在該鋁 質(zhì)構(gòu)件上留下至少部分的陽極化表面。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述溶劑包括氟化物酸。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述氟化物酸包括氟化銨。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述溶劑包括含NH4的堿。
16. —種清潔鋁質(zhì)構(gòu)件的陽極化表面的方法，其至少包括下列步驟 自該陽極化表面移除氟化物；及在該移除步驟后未進(jìn)一步陽極化該鋁質(zhì)構(gòu)件，就密封該陽極化表面 的多個(gè)孔。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述密封步驟包括將所述陽極化表面浸泡于至少95°C的溫度的水中。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述浸泡步驟持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí)。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述密封步驟在所述陽極化表面 上產(chǎn)生一包括水軟鋁石的層。
20. 如權(quán)利要求16至19任何一項(xiàng)所述的方法，還包括用非金屬研磨料 濕法擦洗所述陽極化表面的先前步驟。
全文摘要
本文公開了一種用于恢復(fù)陽極化鋁質(zhì)部件的清潔工藝，該工藝對于已經(jīng)暴露至蝕刻反應(yīng)器中的含氟等離子體下的部件特別有用。將部件浸泡于氟化物酸(例如，氟化銨)的攪拌溶液中，氟化物酸可將氟化鋁轉(zhuǎn)換成可溶解的氟化物(86)。以水清洗部件(88)。將部件浸置于攪動的熱去離子水中，可使經(jīng)清潔的陽極處理物的孔被重新密封(90)。
文檔編號H01L21/00GK101380636SQ20081021053
公開日2009年3月11日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者安尼蘇爾·卡恩, 立 徐, 熹 朱, 詹尼弗·Y·孫, 賽恩·撒奇 申請人:應(yīng)用材料公司