CN111081517A - 一种静电吸盘的防腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静电吸盘的防腐蚀方法，其为防止活性自由基对静电吸盘的腐蚀，所述方法为于静电吸盘上的通道中通入惰性气体。本发明还提供了一种等离子体处理装置的腔室清洁方法。本发明提供的方法能够有效解决静电吸盘的黏着层易被高活性自由基腐蚀的问题，使静电吸盘能够保持良好的导热功能，制得晶片的良率可得到明显提高，而且，本发明的方法无需使用挡控片，工艺简便，成本低廉，不会产生额外的污染，防护效果好，等离子体腔室及静电吸盘的使用寿命均可大幅延长。

Description

一种静电吸盘的防腐蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，具体涉及一种静电吸盘的防腐蚀方法以及一种等离子体处理装置的腔室清洁方法。
背景技术
在半导体制造领域，静电吸盘(Electrode Static Chuck，ESC)通过高压静电吸附作用来承载工艺过程中的晶片(wafer)，已被广泛应用于光刻、离子注入、刻蚀、薄膜等多种工艺过程中。
以蚀刻工艺为例，其作用在于将已沉积薄膜(未被掩膜层所覆盖的区域)移除，在工艺进行中，一部分反应生成聚合物的副产物，会被真空***抽走，一部分则会附着于处理室(腔室)侧壁上，随着蚀刻的晶片数量增加，副产物附着于腔室侧壁上的量也随之增加，此时腔室的状况将增加工艺参数漂移与微粒缺陷(particle defect)的风险。在单片晶片的制造间隙导入清洁工艺，可有效地减少副产物附着于腔室侧壁的量。
常见的清洁工艺是利用电极高功率射频形成的等离子体(plasma)，搭配氟、氧等易解离为化学活性较强的自由基(radical)的气体，清洁过程中，静电吸盘直接暴露于等离子体中，氟、氧自由基可通过静电吸盘的导热气体通道、顶销通孔等通道中进入静电吸盘的内部，直接导致静电吸盘的黏着层易受到自由基的侵蚀。如图1所示，一个典型的静电吸盘的结构由下至上主要包括金属基座1、黏着层2以及绝缘层3，黏着层2中设置有加热器，通过绝缘层3向晶片传导热量。当黏着层受到腐蚀后，不仅会造成腔室的微粒污染，还会导致静电吸盘的导热异常，而静电吸盘温度的不稳定将造成晶片关键尺寸(critical dimension)漂移，使晶片良率降低。
现有技术中，可使用挡控片(dummy wafer)来保护静电吸盘不受自由基的侵蚀，但挡控片的使用会增加制造成本，而且还会降低晶片的生产效率。因此，研究一种低制造成本、高生产效率的静电吸盘防腐蚀方法，具有非常重要的意义和实用价值。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的之一是提供一种静电吸盘的防腐蚀方法。
本发明的另一目的是提供一种等离子体处理装置的腔室清洁方法。
本发明提供的静电吸盘的防腐蚀方法为防止活性自由基对静电吸盘的腐蚀，其中，所述防腐蚀方法为于所述静电吸盘上的通道中通入惰性气体。
本发明提供的防腐蚀方法中，所述惰性气体为氦气。
本发明提供的防腐蚀方法中，所述惰性气体的压力为1～25Torr。
本发明提供的防腐蚀方法中，所述通道为所述静电吸盘上设置的导热气体通道以及顶销通孔中的全部或部分。
本发明提供的防腐蚀方法中，所述活性自由基为氟和/或氧的自由基。
本发明提供的防腐蚀方法中，所述活性自由基来源于等离子体处理装置的腔室清洁步骤中产生的自由基。
本发明提供的等离子体处理装置的腔室清洁方法为：清洁过程中对所述腔室内的静电吸盘使用以上技术方案任一项所述的防腐蚀方法进行处理。
本发明提供的腔室清洁方法中，所述清洁过程为使用含氟和/或氧的气体的等离子体对所述腔室进行清洁。
本发明提供的方法能够有效解决静电吸盘的黏着层易被高活性自由基腐蚀的问题，使静电吸盘能够保持良好的导热功能，晶片受热均匀且稳定，制得晶片的良率可得到明显提高，而且，本发明的方法无需使用挡控片，工艺简便，成本低廉，不会产生额外的污染，防护效果好，等离子体腔室及静电吸盘的使用寿命均可大幅延长。
附图说明
图1为使用本发明的防腐蚀方法时静电吸盘的剖面结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、金属基底；2、黏着层；201、加热器；3、绝缘层；4、导热气体通道；5、顶销通孔；601、冷却液进口；602、冷却液出口；
A、活性自由基；B、惰性气体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本发明的一个方面提供了一种静电吸盘的防腐蚀方法，其为防止活性自由基对静电吸盘的腐蚀，该防腐蚀方法为：于所述静电吸盘上的通道中通入惰性气体。
如图1所示，常见的典型静电吸盘的结构由下至上主要包括金属基座1、黏着层2以及绝缘层3，黏着层2中设置有加热器201，通过绝缘层3向晶片传导热量，绝缘层3中设置有直流电极(图中未标示)，从而可使静电吸盘吸附晶片进行加工工艺。静电吸盘上还设置有竖直方向的通道，包括导热气体通道4、晶片的顶销通孔5，其中，导热气体通道4用于在工艺过程中通入氦气等导热气体。静电吸盘上还设置有冷却液通道，包括冷却液进口601及冷却液出口602。
当静电吸盘接触到高活性自由基A时，例如等离子体清洗过程之中，自由基容易通过这些通道进入静电吸盘内部而对黏着层2产生危害，继而引发晶片良率下降并产生新的微粒污染。因此，本发明的技术方案即在于在静电吸盘接触活性自由基时，同时在这些通道中通入惰性气体B，惰性气体B可将活性自由基阻挡于通道之外，避免自由基对静电吸盘黏着层2的侵蚀，而且，惰性气体在等离子体工艺下仅解离成离子型态，无其他活性自由基形态出现，不会影响既有清洁工艺的效果。
本发明提供的防腐蚀方法能够有效解决静电吸盘内黏着层易被高活性自由基侵蚀的问题，因此，静电吸盘能够保持良好的导热功能，晶片的受热均匀且稳定，不会产生额外的微粒污染，静电吸盘使用寿命明显延长，而且加工制得的晶片良率可得到明显提高。
在根据本发明的一个实施方式中，用于本发明的惰性气体可以为氮(N2)、氦(He)、氩(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)等常见的惰性气体。在一个优选的实施方式中，用于本发明的惰性气体可以为氦气。在常规的蚀刻工艺中，氦气常被用作导热气体，用于晶片与静电吸盘之间的热传导，于蚀刻工艺中开启，在清洁工艺中不使用。本发明在清洁工艺进行的同时亦开启晶背氦气，可使其起到防止静电吸盘的黏着层被腐蚀的作用。晶背氦气的气体源、输送装置、压力控制装置、温度控制装置等都无需变化，因此几乎不会增加清洁工艺的成本，且易于操作。
在根据本发明的一个实施方式中，惰性气体、例如晶背氦气的压力可根据实际清洁工艺需要进行调整，使其能防止活性自由基侵蚀至静电吸盘的通道之中即可。在一个优选的实施方式中，惰性气体的气体压力可以在1～25Torr之间变化。
在根据本发明的一个实施方式中，本发明的防腐蚀方法在静电吸盘上可全部使用，也可部分使用，通过向静电吸盘上不同的通道或组合(亦即导热气体通道4、顶销通孔5组成的所有通道中的全部或部分)选择性地通入惰性气体，可实现静电吸盘整体或局部的防腐蚀效果。
在根据本发明的一个实施方式中，适用于本发明防腐蚀方法的静电吸盘可以为半导体制造领域的所有种类，可以为图1所示的典型结构，也可为其任意的变型结构，其中存在黏着层且易受到活性自由基影响即可采用本发明的防腐蚀方法。
在根据本发明的一个实施方式中，本发明的防腐蚀方法可用于半导体制造领域中所有蚀刻工艺的腔室清洁步骤之中，包括但不限于金属层、介电层等蚀刻工艺中，由于蚀刻副产物不同，用于清洁工艺的工艺气体配方也不相同，只要清洁工艺中易产生活性自由基，皆可使用本发明的防腐蚀方法。
在根据本发明的一个实施方式中，活性自由基可以为半导体制造领域的清洁工艺中可能产生的所有危害静电吸盘内部黏着层的自由基，包括但不限于氟、氧的自由基。等离子体处理装置的腔室清洁工艺中，常见的清洁气体配方包括O2及NF3、CF4、SF6等含氟气体，这些气体容易解离为高化学活性的氟、氧自由基，可使用本发明的防腐蚀方法防止产生的自由基的侵蚀。
本发明的另一个方面提供了一种等离子体处理装置的腔室清洁方法，在腔室的清洁过程中同时对腔室内的静电吸盘使用本发明所述的静电吸盘的防腐蚀方法进行处理。
本发明提供的腔室清洁方法可在原有的清洁工艺中增加对静电吸盘的防腐蚀处理，避免了常规清洁工艺中产生的活性自由基对静电吸盘黏着层的侵蚀，防护效果好，无需使用挡控片，工艺简单、成本低廉。使用本发明的腔室清洁方法可明显延长腔室的使用时间及静电吸盘的使用寿命，不仅可改善晶片的缺陷率，提高良率，而且，由于清洁过程的改进，可进一步调节晶片制造与腔室清洁之间的关联(例如，调整清洁工艺中的气体功率输出、步骤时间等)，由此提高晶片的制造效率。
在根据本发明的一个实施方式中，本发明的腔室清洁方法可用于半导体制造领域中所有的蚀刻工艺的腔室清洁之中，包括但不限于金属层、介电层等蚀刻工艺中，由于蚀刻副产物不同，用于清洁工艺的工艺气体配方也不相同，只要清洁工艺中易产生活性自由基，皆可使用本发明的腔室清洁方法。在一个优选的实施方式中，腔室清洁方法为使用含氟和/或氧的气体的等离子体对腔室进行清洁，含氟和/或氧的气体包括但不限于O2及NF3、CF4、SF6等含氟气体，等离子体工艺下容易解离为高活性的氟、氧自由基，可使用本发明的腔室清洁方法在腔室清洁过程中防止自由基的侵蚀。
工业实用性
一般而言，单个静电吸盘使用期限约在5000射频小时(RF hours)，而采用本发明的防腐蚀方法后，静电吸盘约可再增加50％射频小时，由此可见，本发明的防腐蚀方法能有效避免静电吸盘被侵蚀，明显延长了使用寿命。
采用本发明的腔室清洁方法后，不仅可以清除粘附于腔室侧壁的蚀刻副产物，还可有效避免静电吸盘黏着层受腐蚀而形成微粒缺陷，晶片的缺陷率能有效改善1～2％，提高了产品良率。
虽然为了说明本发明，已经公开了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离权利要求书所限定的本发明构思和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改、添加和替换。

Claims (8)

1.一种静电吸盘的防腐蚀方法，其为防止活性自由基对静电吸盘的腐蚀，其特征在于，于所述静电吸盘上的通道中通入惰性气体。
2.根据权利要求1所述的防腐蚀方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气。
3.根据权利要求1或2所述的防腐蚀方法，其特征在于，所述惰性气体的压力为1～25Torr。
4.根据权利要求1或2所述的防腐蚀方法，其特征在于，所述通道为所述静电吸盘上设置的导热气体通道以及顶销通孔中的全部或部分。
5.根据权利要求1-4任一项所述的防腐蚀方法，其特征在于，所述活性自由基为氟和/或氧的自由基。
6.根据权利要求5所述的防腐蚀方法，其特征在于，所述活性自由基来源于等离子体处理装置的腔室清洁步骤中产生的自由基。
7.一种等离子体处理装置的腔室清洁方法，其特征在于，清洁过程中对所述腔室内的静电吸盘使用权利要求1-6任一项所述的防腐蚀方法进行处理。
8.根据权利要求7所述的腔室清洁方法，其特征在于，所述清洁过程为使用含氟和/或氧的气体的等离子体对所述腔室进行清洁。
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