CN103871865B

CN103871865B - 一种清洁等离子体反应腔侧壁的方法

Info

Publication number: CN103871865B
Application number: CN201210553583.1A
Authority: CN
Inventors: 王兆祥; 刘志强; 吴紫阳; 邱达燕
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: CN103871865A

Abstract

本发明公开了一种清洁等离子体反应腔侧壁的方法，调整射频功率源的脉冲输出为第一射频功率和第二射频功率，第一射频功率可以电离含氧的清洁气体为氧正离子和氧自由基，所述氧正离子和所述氧自由基与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁进行清洁。第二射频功率低于第一射频功率，电离率较低或不对清洁气体进行电离，故氧正离子消失或以较小的浓度存在，由于氧自由基的存在时间较长，小于等于10ms，故不会随着射频功率源的降低而即刻消失，氧自由基可以对反应腔侧壁进行清洁并且不会对静电吸盘造成损伤；本发明在不影响清洁效率的同时，减少了静电吸盘暴露在具有物理轰击作用的氧正离子下的时间，延长了静电吸盘的使用寿命。

Description

一种清洁等离子体反应腔侧壁的方法

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀设备反应腔清洗技术领域，尤其涉及一种利用射频功率激发等离子体来清洁等离子体反应腔侧壁的技术领域。

背景技术

等离子体刻蚀设备在进行刻蚀的过程中，等离子体与晶片发生反应，刻蚀反应生成的聚合物易沉积在等离子体刻蚀设备反应腔内壁上，容易形成沉淀物，污染晶片，影响刻蚀，因此需要对等离子体刻蚀设备反应腔进行清洗。现有技术的反应腔清洗方法通常使用干法清洗，在晶片移出反应腔后，在反应腔内输入具有清洁能力的气体，根据待刻蚀晶片材料的不同，清洁气体不尽相同，清洁气体在等离子体反应腔内，在射频功率源的作用下被电离为等离子体（正离子和负离子）和自由基等粒子，生成的等离子体和自由基与沉积在反应腔内壁上的聚合物发生化学反应，从而清除掉沉积的聚合物并使反应产物随气体排出反应腔。

当待刻蚀晶片为介电材料时，反应腔侧壁上形成的大分子聚合物通常为碳氟聚合物，此时需要的清洁气体通常为含氧的氧化性气体，含氧的清洁气体在射频功率源的作用下电离为氧离子和氧自由基等，氧离子和氧自由基均会与碳氟聚合物反应生成反应产物随气体排出反应腔。然而，在清洁气体清洁的同时，氧正离子会对移除晶片后的静电吸盘表面进行轰击，造成静电吸盘表面的物理性损伤，同时，氧正离子经等离子体壳层加速具有一定的动能，当高速运动的正离子轰击腔体侧壁含氟聚合物时，会发生活性离子刻蚀，加剧静电吸盘表面的陶瓷层的腐蚀。，减少部件的使用寿命。所以需要对现有工艺进行改善。

发明内容

本发明提供了一种清洁等离子体反应腔侧壁的方法，能够在满足清洁反应腔侧壁聚合物的前提下减少对静电吸盘的损伤，延长静电吸盘的寿命。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种清洁等离子体反应腔侧壁的方法，所述方法包括：

第一步骤：在反应腔内通入具有含氧的清洁气体，调节等离子体反应室的射频功率至第一射频功率，含氧的清洁气体在第一射频功率的作用下电离形成氧正离子和氧自由基等粒子；所述氧正离子和所述氧自由基与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁进行清洁；

第二步骤：调节等离子体反应室的射频功率至第二射频功率，所述第二射频功率低于所述第一射频功率，在所述第二射频功率下，所述含氧的清洁气体不再电离或者电离较少的氧离子和氧自由基，所述氧离子消失或以较小浓度存在，第一步骤中残留的所述氧自由基与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁进行清洁。

本发明所述的含氧的清洁气体包括O₂、N₂O、O₃、CO₂中的一种或几种混合。

在清洁过程中，所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的10%~90%，所述第二步骤的持续时间≤10ms。

进一步的，所述第一射频功率大于300w小于1500w，所述第二射频功率≤300w。

具体的，所述第一射频功率为500w，所述第二射频功率为0w。

进一步的，所述第一步骤开始前，移出所述反应腔内加工完成的基片；所述反应腔内压力范围为100~600Mt，所述气体流速范围为500sccm~2000sccm。

具体的，所述反应腔内的参数为：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的50%，第一射频功率为500w，第二射频功率为0w，压力为500Mt，气体流速为2000sccm。

具体的，所述反应腔内的参数为：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的10%，第一射频功率为1500w，第二射频功率为300w，压力300Mt，清洁气体流速1000sccm。

具体的，所述反应腔内的参数为：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的90%，第一射频功率为1000w，第二射频功率为100w，压力500Mt，清洁气体流速2000sccm。

具体的，所述等离子体反应腔侧壁的聚合物主要为碳氟聚合物，所述氧正离子和所述氧自由基与所述碳氟聚合物发生化学反应生成碳氧气体和小分子碳氟气体等，排出反应腔内。

本发明公开的技术方案优点在于：调整射频功率源的输出为脉冲输出，第一射频功率可以电离含氧的清洁气体为氧离子和氧自由基，所述氧正离子和所述氧自由基与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁进行清洁。第二射频功率低于第一射频功率，不对清洁气体进行电离或电离速率较低，在第二射频功率下氧正离子消失或以较低浓度存在；由于氧自由基的存在时间较长，小于等于10ms，故不会随着射频功率源的降低而即刻消失，氧自由基可以对反应腔侧壁进行清洁并且不会对静电吸盘造成损伤；通过采用本发明所述的技术方案，在不影响清洁效率的同时，减少了静电吸盘暴露在具有物理轰击作用的氧正离子中的时间，延长了静电吸盘的使用寿命，提高了生产力。

附图说明

图1为本发明所述等离子体刻蚀设备的反应腔结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出本发明所述的等离子体反应腔的结构示意图，所述等离子体反应腔100包括反应腔内壁110，刻蚀过程中，刻蚀反应生成的聚合物易沉积在等离子体刻蚀设备反应腔内壁110表面，形成沉淀物，造成待处理基片的污染。当待处理基片的目标刻蚀层为介电材料时，反应腔内壁110表面的聚合物通常为碳氟聚合物。为了减少反应腔内壁110形成的聚合物对反应制程的影响，通常在两片基片处理之间对反应腔内壁110进行清洁。清洁过程为：在等离子体反应腔100内通入清洁气体，由于本发明所述的目标刻蚀层为介电材料，清洁气体可采用含氧的氧化性气体，清洁气体在等离子体反应腔内经过射频功率源150的作用电离生成氧正离子200和氧自由基300等粒子，氧正离子200和氧自由基300与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁110进行清洁，所述射频功率源150作用于下电极120，所述的下电极120用于支撑静电吸盘130。

氧正离子200在与碳氟聚合物反应的同时，还会在反应腔100内部电场的作用下对移除晶片后的静电吸盘130表面进行轰击，造成静电吸盘表面的物理性损伤，同时，由于氧正离子200具有极强的氧化性，在轰击静电吸盘130表面的同时，会氧化静电吸盘表面的碳氟聚合物，在此过程中，在氧正离子的动能和强氧化性作用下含氟聚合物会与静电吸盘表面发生活性离子腐蚀，加剧了静电吸盘表面的损伤，减少部件的使用寿命。

为了改善清洁工艺，提高静电吸盘的使用寿命，本发明采用脉冲式射频功率对清洁气体进行电离。首先在反应腔100内通入具有含氧的清洁气体，同时调节等离子体反应腔100的射频功率至第一射频功率，此时，含氧的清洁气体在第一射频功率的作用下电离形成氧正离子200和氧自由基300等粒子；氧正离子和氧自由基与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁进行清洁；然后调节等离子体反应室的射频功率至第二射频功率，所述第二射频功率低于所述第一射频功率，在所述第二射频功率下，所述含氧的清洁气体不再电离生成氧正离子和氧自由基或者电离的速率较低，所述氧正离子消失或以较低的浓度存在，由于氧自由基的存在时间较长，小于等于10ms，不会随射频功率的降低而立即消失，故在第二步骤中，第一步骤中残留的氧自由基300继续与反应腔侧壁的聚合物进行反应，对反应腔侧壁进行清洁，同时，由于清洁气体电离生成的氧自由基300的浓度远大于氧正离子200的浓度，故降低射频功率，只维持氧自由基对反应腔侧壁的清洁不会对清洁速率产生太大的影响。第一射频功率和第二射频功率交替轮流，完成对反应腔侧壁的清洁，采用本发明所述的技术方案，可以在保持清洁速率的同时，尽可能的减少氧正离子对静电吸盘造成的损伤，延长静电吸盘的寿命。

在一个典型的实施例中，等离子体反应腔100内的压力为500Mt，反应腔内的清洁气体流速为2000sccm，实际工作中反应腔100内的压力在 100Mt~600Mt之间，清洁气体流速在500sccm~2000sccm之间都可以实现本发明目的。由于较高的气压有利于提高清洁效率同时能减少物理轰击，提高清洁气体流速可以稀释会对静电吸盘表面造成损伤的氟自由基（清洁碳氟聚合物时产生的），减少静电吸盘表面的损伤，故本实施例采用的参数为：压力500Mt，清洁气体流速2000sccm。本发明所述含氧的清洁气体可以为O₂、N₂O、O₃、CO₂中的一种或几种混合，还可以包括稀释气体，如Ar，N₂等。本实施例采用O₂和N₂。由于在第二射频功率下氧自由基300的存在时间小于等于10ms，为了不影响清洁速率，第二射频功率的持续时间需小于等于10ms。由于在第一射频功率下氧正离子200会对静电吸盘130造成损伤，为了保证反应腔侧壁内的清洁效率，同时尽可能的提高静电吸盘130的使用寿命，第一射频功率持续时间/（第一射频功率持续时间+第二射频功率持续时间）（可称作占空比）的范围可以在10%~90%内。占空比越大，清洁效率越高，同时静电吸盘的损伤越大。在本发明的一个实施例中，可设定占空比为50%，即第一频率的持续时间和第二频率的持续时间相同，本实施例设定为0.5ms。由于第二频率的持续时间0.5ms远小于氧自由基300的存在时间10ms，所以当将射频功率源输出功率调整为第二射频功率时，尽管反应腔100内不再对清洁气体进行电离，但在第一射频功率工作条件下生成的氧自由基的浓度依然维持在较高的水平，故不会对清洁效率产生较大影响。在本实施例中，由于占空比为50%，第一射频功率的持续时间只有一半，相当于静电吸盘130遭受损伤的时间减少一半，从而很好的保护了静电吸盘。

已知射频功率在300w到1500w之间都可以对清洁气体进行电离，小于等于300w时不能实现对清洁气体的电离或电离的速率较小，故本发明第一射频功率的范围为300w~1500w，第二射频功率的范围≤300w。为了简化操作，同时，为了实现更好的效果，本实施例优选的技术方案为第一射频功率为正常电离清洁气体的大小，如500w，第二射频功率为0，即射频功率源处于开-关-开-关的循环过程中，且其处于开的状态时，输出功率为500w。当射频功率源的占空比为50%时，其以1000hz的频率不断进行开-关-开-关的操作。

在另外的实施例中，射频功率源的占空比还可以为10%，即第一射频功率的持续时间/(第一射频功率持续时间+第二射频功率持续时间)=0.1，当一个开-关的周期为10ms时，发生清洁气体电离的时间只有1ms，第二射频功率的持续时间为9ms，仍然小于氧自由基的存在时间10ms，故不会对清洁效率造成影响，同时，由于第一射频功率持续的时间足够短，保证了氧正离子200对静电吸盘130造成的损伤足够小，从而尽可能的延长了静电吸盘的工作寿命。在本实施例中，第一射频功率为1500w，第二射频功率为300w，压力300Mt，清洁气体流速1000sccm。

在另外的实施例中，射频功率源的占空比还可以为90%，即第一射频功率的持续时间/(第一射频功率持续时间+第二射频功率持续时间)=0.9，在本实施例中，由于清洁气体大部分时间都会电离生成氧正离子和氧自由基，所以清洁效率较高，但是由于静电吸盘长时间处于氧正离子的轰击和氟自由基的腐蚀中，损耗较严重，不过相对于现有技术，已经有所改善。在本实施例中，第一射频功率为1000w，第二射频功率为100w，压力500Mt，清洁气体流速2000sccm。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种清洁等离子体反应腔侧壁的方法，其特征在于：所述方法包括：

第一步骤：在反应腔内通入含氧的清洁气体，调节等离子体反应室的射频功率至第一射频功率，含氧的清洁气体在第一射频功率的作用下电离形成氧正离子和氧自由基；

第二步骤：调节等离子体反应室的射频功率至第二射频功率，所述第二射频功率低于所述第一射频功率，所述含氧的清洁气体不再电离或者电离较少的氧离子和氧自由基，所述氧离子消失或以较小浓度存在，所述第一步骤和所述第二步骤交替进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的含氧的清洁气体包括O₂、N₂O、O₃、CO₂中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的10％～90％，所述第二步骤的持续时间≤10ms。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一射频功率大于300w小于1500w，所述第二射频功率≤300w。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第一射频功率为500w，所述第二射频功率为0w。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一步骤开始前，移出所述反应腔内加工完成的基片；调节所述反应腔内压力范围为100Mt～600Mt，所述气体流速范围为500sccm～2000sccm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应腔内的参数为：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的50％，第一射频功率为500w，第二射频功率为0w，压力为500Mt，气体流速为2000sccm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应腔内的参数为：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的10％，第一射频功率为1500w，第二射频功率为300w，压力300Mt，清洁气体流速1000sccm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应腔内的参数为：所述第一步骤的持续时间占第一步骤持续时间和第二步骤持续时间总和的90％，第一射频功率为1000w，第二射频功率为100w，压力500Mt，清洁气体流速2000sccm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述等离子体反应腔侧壁的聚合物包括碳氟聚合物，所述氧正离子和所述氧自由基与所述碳氟聚合物发生化学反应生成碳氧气体和小分子碳氟气体，排出反应腔内。