一種清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的方法，調(diào)整射頻功率源的脈沖輸出為第一射頻功率和第二射頻功率，第一射頻功率可以電離含氧的清潔氣體為氧正離子和氧自由基，所述氧正離子和所述氧自由基與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔。第二射頻功率低于第一射頻功率，電離率較低或不對(duì)清潔氣體進(jìn)行電離，故氧正離子消失或以較小的濃度存在，由于氧自由基的存在時(shí)間較長(zhǎng)，小于等于10ms，故不會(huì)隨著射頻功率源的降低而即刻消失，氧自由基可以對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔并且不會(huì)對(duì)靜電吸盤(pán)造成損傷；本發(fā)明在不影響清潔效率的同時(shí)，減少了靜電吸盤(pán)暴露在具有物理轟擊作用的氧正離子下的時(shí)間，延長(zhǎng)了靜電吸盤(pán)的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)腔清洗【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用射頻功率激發(fā)等離子體來(lái)清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體刻蝕設(shè)備在進(jìn)行刻蝕的過(guò)程中，等離子體與晶片發(fā)生反應(yīng)，刻蝕反應(yīng)生成的聚合物易沉積在等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)壁上，容易形成沉淀物，污染晶片，影響刻蝕，因此需要對(duì)等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)腔進(jìn)行清洗?，F(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)腔清洗方法通常使用干法清洗，在晶片移出反應(yīng)腔后，在反應(yīng)腔內(nèi)輸入具有清潔能力的氣體，根據(jù)待刻蝕晶片材料的不同，清潔氣體不盡相同，清潔氣體在等離子體反應(yīng)腔內(nèi)，在射頻功率源的作用下被電離為等離子體(正離子和負(fù)離子)和自由基等粒子，生成的等離子體和自由基與沉積在反應(yīng)腔內(nèi)壁上的聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而清除掉沉積的聚合物并使反應(yīng)產(chǎn)物隨氣體排出反應(yīng)腔。
[0003]當(dāng)待刻蝕晶片為介電材料時(shí)，反應(yīng)腔側(cè)壁上形成的大分子聚合物通常為碳氟聚合物，此時(shí)需要的清潔氣體通常為含氧的氧化性氣體，含氧的清潔氣體在射頻功率源的作用下電離為氧離子和氧自由基等，氧離子和氧自由基均會(huì)與碳氟聚合物反應(yīng)生成反應(yīng)產(chǎn)物隨氣體排出反應(yīng)腔。然而，在清潔氣體清潔的同時(shí)，氧正離子會(huì)對(duì)移除晶片后的靜電吸盤(pán)表面進(jìn)行轟擊，造成靜電吸盤(pán)表面的物理性損傷，同時(shí)，氧正離子經(jīng)等離子體殼層加速具有一定的動(dòng)能，當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的正離子轟擊腔體側(cè)壁含氟聚合物時(shí)，會(huì)發(fā)生活性離子刻蝕，加劇靜電吸盤(pán)表面的陶瓷層的腐蝕。，減少部件的使用壽命。所以需要對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的方法，能夠在滿(mǎn)足清潔反應(yīng)腔側(cè)壁聚合物的前提下減少對(duì)靜電吸盤(pán)的損傷，延長(zhǎng)靜電吸盤(pán)的壽命。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的方法，所述方法包括:
[0007]第一步驟:在反應(yīng)腔內(nèi)通入具有含氧的清潔氣體，調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)室的射頻功率至第一射頻功率，含氧的清潔氣體在第一射頻功率的作用下電離形成氧正離子和氧自由基等粒子；所述氧正離子和所述氧自由基與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔；
[0008]第二步驟:調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)室的射頻功率至第二射頻功率，所述第二射頻功率低于所述第一射頻功率，在所述第二射頻功率下，所述含氧的清潔氣體不再電離或者電離較少的氧離子和氧自由基，所述氧離子消失或以較小濃度存在，第一步驟中殘留的所述氧自由基與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔。
[0009]本發(fā)明所述的含氧的清潔氣體包括02、N2O, O3> CO2中的一種或幾種混合。
[0010]在清潔過(guò)程中，所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的10%~90%，所述第二步驟的持續(xù)時(shí)間≤10ms。
[0011]進(jìn)一步的,所述第一射頻功率大于300w小于1500w,所述第二射頻功率< 300w。
[0012]具體的，所述第一射頻功率為500w，所述第二射頻功率為0w。
[0013]進(jìn)一步的，所述第一步驟開(kāi)始前，移出所述反應(yīng)腔內(nèi)加工完成的基片；所述反應(yīng)腔內(nèi)壓力范圍為10(T600Mt，所述氣體流速范圍為500sccnT2000sccm。
[0014]具體的，所述反應(yīng)腔內(nèi)的參數(shù)為:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的50%，第一射頻功率為500w，第二射頻功率為0w，壓力為500Mt，氣體流速為2000sccm。
[0015]具體的，所述反應(yīng)腔內(nèi)的參數(shù)為:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的10%，第一射頻功率為1500W，第二射頻功率為300W，壓力300Mt,清潔氣體流速lOOOsccm。
[0016]具體的，所述反應(yīng)腔內(nèi)的參數(shù)為:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的90%，第一射頻功率為1000?，第二射頻功率為100w，壓力500Mt，清潔氣體流速2000sccm。
[0017]具體的，所述等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物主要為碳氟聚合物，所述氧正離子和所述氧自由基與所述碳氟聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳氧氣體和小分子碳氟氣體等，排出反應(yīng)腔內(nèi)。
[0018]本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)在于:調(diào)整射頻功率源的輸出為脈沖輸出，第一射頻功率可以電離含氧的清潔氣體為氧離子和氧自由基，所述氧正離子和所述氧自由基與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔。第二射頻功率低于第一射頻功率，不對(duì)清潔氣體進(jìn)行電離或電離速率較低，在第二射頻功率下氧正離子消失或以較低濃度存在；由于氧自由基的存在時(shí)間較長(zhǎng)，小于等于10ms，故不會(huì)隨著射頻功率源的降低而即刻消失，氧自由基可以對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔并且不會(huì)對(duì)靜電吸盤(pán)造成損傷；通過(guò)采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，在不影響清潔效率的同時(shí)，減少了靜電吸盤(pán)暴露在具有物理轟擊作用的氧正離子中的時(shí)間，延長(zhǎng)了靜電吸盤(pán)的使用壽命，提高了生產(chǎn)力。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]圖1示出本發(fā)明所述的等離子體反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖，所述等離子體反應(yīng)腔100包括反應(yīng)腔內(nèi)壁110，刻蝕過(guò)程中，刻蝕反應(yīng)生成的聚合物易沉積在等離子體刻蝕設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)壁110表面，形成沉淀物，造成待處理基片的污染。當(dāng)待處理基片的目標(biāo)刻蝕層為介電材料時(shí)，反應(yīng)腔內(nèi)壁110表面的聚合物通常為碳氟聚合物。為了減少反應(yīng)腔內(nèi)壁110形成的聚合物對(duì)反應(yīng)制程的影響，通常在兩片基片處理之間對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)壁110進(jìn)行清潔。清潔過(guò)程為:在等離子體反應(yīng)腔100內(nèi)通入清潔氣體，由于本發(fā)明所述的目標(biāo)刻蝕層為介電材料，清潔氣體可采用含氧的氧化性氣體，清潔氣體在等離子體反應(yīng)腔內(nèi)經(jīng)過(guò)射頻功率源150的作用電離生成氧正離子200和氧自由基300等粒子，氧正離子200和氧自由基300與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁110進(jìn)行清潔，所述射頻功率源150作用于下電極120，所述的下電極120用于支撐靜電吸盤(pán)130。
[0022]氧正離子200在與碳氟聚合物反應(yīng)的同時(shí)，還會(huì)在反應(yīng)腔100內(nèi)部電場(chǎng)的作用下對(duì)移除晶片后的靜電吸盤(pán)130表面進(jìn)行轟擊，造成靜電吸盤(pán)表面的物理性損傷，同時(shí)，由于氧正離子200具有極強(qiáng)的氧化性，在轟擊靜電吸盤(pán)130表面的同時(shí)，會(huì)氧化靜電吸盤(pán)表面的碳氟聚合物，在此過(guò)程中，在氧正離子的動(dòng)能和強(qiáng)氧化性作用下含氟聚合物會(huì)與靜電吸盤(pán)表面發(fā)生活性離子腐蝕，加劇了靜電吸盤(pán)表面的損傷，減少部件的使用壽命。
[0023]為了改善清潔工藝，提高靜電吸盤(pán)的使用壽命，本發(fā)明采用脈沖式射頻功率對(duì)清潔氣體進(jìn)行電離。首先在反應(yīng)腔100內(nèi)通入具有含氧的清潔氣體，同時(shí)調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)腔100的射頻功率至第一射頻功率，此時(shí)，含氧的清潔氣體在第一射頻功率的作用下電離形成氧正離子200和氧自由基300等粒子；氧正離子和氧自由基與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔；然后調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)室的射頻功率至第二射頻功率，所述第二射頻功率低于所述第一射頻功率，在所述第二射頻功率下，所述含氧的清潔氣體不再電離生成氧正離子和氧自由基或者電離的速率較低，所述氧正離子消失或以較低的濃度存在，由于氧自由基的存在時(shí)間較長(zhǎng)，小于等于10ms，不會(huì)隨射頻功率的降低而立即消失，故在第二步驟中，第一步驟中殘留的氧自由基300繼續(xù)與反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁進(jìn)行清潔，同時(shí)，由于清潔氣體電離生成的氧自由基300的濃度遠(yuǎn)大于氧正離子200的濃度，故降低射頻功率，只維持氧自由基對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁的清潔不會(huì)對(duì)清潔速率產(chǎn)生太大的影響。第一射頻功率和第二射頻功率交替輪流，完成對(duì)反應(yīng)腔側(cè)壁的清潔，采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，可以在保持清潔速率的同時(shí)，盡可能的減少氧正離子對(duì)靜電吸盤(pán)造成的損傷，延長(zhǎng)靜電吸盤(pán)的壽命。
[0024]在一個(gè)典型的實(shí)施例中，等離子體反應(yīng)腔100內(nèi)的壓力為500Mt，反應(yīng)腔內(nèi)的清潔氣體流速為2000sccm，實(shí)際工作中反應(yīng)腔100內(nèi)的壓力在100Mt~600Mt之間，清潔氣體流速在500SCcm-2000SCCm之間都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。由于較高的氣壓有利于提高清潔效率同時(shí)能減少物理轟擊，提高清潔氣體流速可以稀釋會(huì)對(duì)靜電吸盤(pán)表面造成損傷的氟自由基(清潔碳氟聚合物時(shí)產(chǎn)生的)，減少靜電吸盤(pán)表面的損傷，故本實(shí)施例采用的參數(shù)為:壓力500Mt，清潔氣體流速2000sccm。本發(fā)明所述含氧的清潔氣體可以為02、N20、03、CO2中的一種或幾種混合，還可以包括稀釋氣體，如Ar，N2等。本實(shí)施例采用02和隊(duì)。由于在第二射頻功率下氧自由基300的存在時(shí)間小于等于10ms，為了不影響清潔速率，第二射頻功率的持續(xù)時(shí)間需小于等于10ms。由于在第一射頻功率下氧正離子200會(huì)對(duì)靜電吸盤(pán)130造成損傷，為了保證反應(yīng)腔側(cè)壁內(nèi)的清潔效率，同時(shí)盡可能的提高靜電吸盤(pán)130的使用壽命，第一射頻功率持續(xù)時(shí)間/ (第一射頻功率持續(xù)時(shí)間+第二射頻功率持續(xù)時(shí)間)(可稱(chēng)作占空比)的范圍可以在10%~90%內(nèi)。占空比越大，清潔效率越高，同時(shí)靜電吸盤(pán)的損傷越大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可設(shè)定占空比為50%，即第一頻率的持續(xù)時(shí)間和第二頻率的持續(xù)時(shí)間相同，本實(shí)施例設(shè)定為0.5ms。由于第二頻率的持續(xù)時(shí)間0.5ms遠(yuǎn)小于氧自由基300的存在時(shí)間10ms，所以當(dāng)將射頻功率源輸出功率調(diào)整為第二射頻功率時(shí)，盡管反應(yīng)腔100內(nèi)不再對(duì)清潔氣體進(jìn)行電離，但在第一射頻功率工作條件下生成的氧自由基的濃度依然維持在較高的水平，故不會(huì)對(duì)清潔效率產(chǎn)生較大影響。在本實(shí)施例中，由于占空比為50%，第一射頻功率的持續(xù)時(shí)間只有一半，相當(dāng)于靜電吸盤(pán)130遭受損傷的時(shí)間減少一半，從而很好的保護(hù)了靜電吸盤(pán)。
[0025]已知射頻功率在300?到1500?之間都可以對(duì)清潔氣體進(jìn)行電離，小于等于300w時(shí)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)清潔氣體的電離或電離的速率較小，故本發(fā)明第一射頻功率的范圍為300f 1500?，第二射頻功率的范圍<300w。為了簡(jiǎn)化操作，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)更好的效果，本實(shí)施例優(yōu)選的技術(shù)方案為第一射頻功率為正常電離清潔氣體的大小，如500w，第二射頻功率為0，即射頻功率源處于開(kāi)-關(guān)-開(kāi)-關(guān)的循環(huán)過(guò)程中，且其處于開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，輸出功率為500w。當(dāng)射頻功率源的占空比為50%時(shí)，其以1000hz的頻率不斷進(jìn)行開(kāi)-關(guān)-開(kāi)-關(guān)的操作。 [0026]在另外的實(shí)施例中，射頻功率源的占空比還可以為10%，即第一射頻功率的持續(xù)時(shí)間/(第一射頻功率持續(xù)時(shí)間+第二射頻功率持續(xù)時(shí)間)=0.1，當(dāng)一個(gè)開(kāi)-關(guān)的周期為IOms時(shí)，發(fā)生清潔氣體電離的時(shí)間只有1ms，第二射頻功率的持續(xù)時(shí)間為9ms，仍然小于氧自由基的存在時(shí)間10ms，故不會(huì)對(duì)清潔效率造成影響，同時(shí)，由于第一射頻功率持續(xù)的時(shí)間足夠短，保證了氧正離子200對(duì)靜電吸盤(pán)130造成的損傷足夠小，從而盡可能的延長(zhǎng)了靜電吸盤(pán)的工作壽命。在本實(shí)施例中，第一射頻功率為1500?，第二射頻功率為300w，壓力300Mt，清潔氣體流速lOOOsccm。
[0027]在另外的實(shí)施例中，射頻功率源的占空比還可以為90%，即第一射頻功率的持續(xù)時(shí)間/(第一射頻功率持續(xù)時(shí)間+第二射頻功率持續(xù)時(shí)間)=0.9，在本實(shí)施例中，由于清潔氣體大部分時(shí)間都會(huì)電離生成氧正離子和氧自由基，所以清潔效率較高，但是由于靜電吸盤(pán)長(zhǎng)時(shí)間處于氧正離子的轟擊和氟自由基的腐蝕中，損耗較嚴(yán)重，不過(guò)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)有所改善。在本實(shí)施例中，第一射頻功率為1000?，第二射頻功率為100w，壓力500Mt，清潔氣體流速2000sccm。
[0028]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種清潔等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的方法，其特征在于:所述方法包括: 第一步驟:在反應(yīng)腔內(nèi)通入含氧的清潔氣體，調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)室的射頻功率至第一射頻功率，含氧的清潔氣體在第一射頻功率的作用下電離形成氧正離子和氧自由基等粒子; 第二步驟:調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)室的射頻功率至第二射頻功率，所述第二射頻功率低于所述第一射頻功率，所述含氧的清潔氣體不再電離或者電離較少的氧離子和氧自由基，所述氧離子消失或以較小濃度存在，所述第一步驟和所述第二步驟交替進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述的含氧的清潔氣體包括02、N20、O3> CO2中的一種或幾種混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的10%~90%，所述第二步驟的持續(xù)時(shí)間< 10ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述第一射頻功率大于300w小于1500w,所述第二射頻功率< 300w。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的清潔方法，其特征在于:所述第一射頻功率為500w，所述第二射頻功率為0w。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述第一步驟開(kāi)始前，移出所述反應(yīng)腔內(nèi)加工完成的基片；調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔內(nèi)壓力范圍為100Mt~600Mt，所述氣體流速范圍為500sccm~2000sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述反應(yīng)腔內(nèi)的參數(shù)為:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的50%，第一射頻功率為500w，第二射頻功率為0w，`壓力為500Mt，氣體流速為2000sccm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述反應(yīng)腔內(nèi)的參數(shù)為:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的10%，第一射頻功率為1500w，第二射頻功率為300w，壓力300Mt，清潔氣體流速lOOOsccm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述反應(yīng)腔內(nèi)的參數(shù)為:所述第一步驟的持續(xù)時(shí)間占第一步驟持續(xù)時(shí)間和第二步驟持續(xù)時(shí)間總和的90%，第一射頻功率為1000W，第二射頻功率為100w，壓力500Mt，清潔氣體流速2000sccm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔方法，其特征在于:所述等離子體反應(yīng)腔側(cè)壁的聚合物主要為碳氟聚合物，所述氧正離子和所述氧自由基與所述碳氟聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳氧氣體和小分子碳氟氣體等，排出反應(yīng)腔內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK103871865SQ201210553583
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】王兆祥, 劉志強(qiáng), 吳紫陽(yáng), 邱達(dá)燕 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司