TWI523703B - 由電漿腔室中所使用之上電極清除表面金屬污染物的方法 - Google Patents

由電漿腔室中所使用之上電極清除表面金屬污染物的方法 Download PDF

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Description

由電漿腔室中所使用之上電極清除表面金屬污染物的方法
【相關申請案之交互參照】
本申請案係基於35 U.S.C.§119主張美國臨時申請案第61/288,087號之優先權，標題為「METHODOLOGY FOR CLEANING OF SURFACE METAL CONTAMINATION FROM AN UPPER ELECTRODE USED IN A PLASMA CHAMBER」，申請於2009年12月18日，其整體內容係藉由參照方式加以合併。
本發明係關於一種由電漿腔室中所使用之上電極清除表面金屬污染物的方法。
在電容耦合式電漿(CCP，capacitively coupled plasma)腔室中，由其上形成圖案化微電子層之晶圓或基板來形成積體電路。在處理基板時，電漿係產生在上與下電極之間並且經常用以沉積膜於基板上或蝕刻這些膜的預定部分。這些腔室在使用這些電極運轉大量的無線射頻(RF，radio frequency)時數之後，呈現出蝕刻速率下降以及蝕刻均勻度偏移。蝕刻性能的衰退係起因於電極之矽表面的形態改變以及電極之電漿曝露表面的污染。因此，亟需一種系統化且有效清理電極並降低表面粗糙度的方法，俾能使電極符合表面污染規格並且增加製造良率。
一種由電漿腔室中所使用之上電極清除金屬污染物的方法，包含下列步驟：將整個上電極浸泡在一清除液中，此清除液係由氫氧化銨、過氧化氫以及水所組成。在一實施例中，該清除方法係在等級100或更佳的一潔淨室中執行。在一實施例中，該清除 液較佳係由以NH3為基礎之28-30重量%的濃氫氧化銨水溶液、29-31重量%的過氧化氫水溶液以及水，以從1-2：1-2：2到1-2：1-2：20的體積比所組成。在一實施例中，該清除液將Cu污染物從3000×1010原子/cm2以上降低至小於50×1010原子/cm2。在其他實施例中，該清除液將Ni污染物從200×1010原子/cm2以上降低至小於5×1010原子/cm2；該清除液將Zn污染物從250×1010原子/cm2以上降低至小於75×1010原子/cm2；該清除液將Fe污染物從50×1010原子/cm2以上降低至小於5×1010原子/cm2；該清除液將Ca污染物從700×1010原子/cm2以上降低至小於400×1010原子/cm2；該清除液將Mg污染物從50×1010原子/cm2以上降低至小於20×1010原子/cm2；該清除液將K污染物從450×1010原子/cm2以上降低至小於5×1010原子/cm2；該清除液將Na污染物從1500×1010原子/cm2以上降低至小於50×1010原子/cm2；或該清除液將Ti污染物從250×1010原子/cm2以上降低至小於75×1010原子/cm2。
一示範CCP腔室可包含：腔室壁；上電極，具有下電漿曝露表面；基板支座；靜電夾頭，嵌埋於此基板支座中並用以在基板處理期間固持基板。此壁較佳係包含基板運送槽或閘，其用以使基板運入與運出此腔室。此壁可非必要地塗佈以合適的耐磨材料。為提供接地的電路徑，此壁可由例如鋁的金屬所製造並且電性接地。此基板支座可包含鋁板，其係作為下電極並且耦合至RF電源(一般係經由匹配網路)。上電極可耦合至RF電源(一般係經由匹配網路)以及一或多條製程氣體的氣體線路。其他類型的電路裝置可用以供應上電極與下電極電力。例如，吾人可將上電極接地，以對供應至下電極的電力提供返回路徑。或者，下電極可耦合至兩個以上具有不同頻率的RF電源。上電極係與下電極隔開，以在其間形成用以產生電漿的空間。在操作期間，上電極及/或下電極 將製程氣體電性激發成電漿。
上電極300可為單件式電極或多件式電極。例如，上電極可包含一單塊(monolithic)噴淋頭電極，或者其可包含一內噴淋頭電極板以及一或多個用以形成一環狀外電極環的節段。上電極300較佳係包含一支撐部件330，例如，鋁或石墨支撐板。此單塊噴淋頭電極或此內噴淋頭電極板與外電極環可非必要地藉由一接合材料332接合至此支撐部件，例如彈性體接合材料(彈性接頭)。將彈性體接合材料使用於上電極的細節係揭露在共同讓與之美國專利第6,376,385號、第6,194,322號、第6,148,765號、第6,073,577號中，其整體內容皆藉由參照方式加以合併。此彈性接頭允許電極與支撐部件之間的移動，以補償因為上電極之溫度循環所引起的熱膨脹。此彈性接頭可包含導電及/或導熱填料，並且可為在高溫下呈現安定的觸媒硬化聚合物。例如，此彈性接頭可由矽酮聚合物所形成，而此填料可由鋁合金或矽粉末所形成。為了提供低電阻以及使電極污染降至最低，上電極較佳係由單晶矽所形成。此支撐部件、彈性接頭、以及噴淋頭電極可包含複數個允許製程氣體通過上電極的孔洞或氣體出口。在上電極中的這些孔洞的直徑較佳為600μm到1000μm。
在電漿處理期間，上電極可能會受到金屬污染，例如Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Li、Mg、Mo、Ni、K、Na、Ti、Zn(其例如來自在上電極下方進行處理的基板)。在電漿處理期間，此種金屬可能會從上電極釋出並且污染經過處理(例如電漿蝕刻)的基板。
為了防止處理基板的金屬污染，在若干RF時數之後定期將上電極從此腔室取出並進行清理。或者，在此所述之清理可實施作為製造新上電極的最終階段。圖1顯示流程圖100，其依照一實施例說明上電極的示範清理步驟。在步驟101中，將上電極浸泡在異丙醇(IPA，isopropyl alcohol)中經過一適當時間，例如10分鐘到1小時，較佳約30分鐘，以從上電極去除有機污染物。如在此所使用之「約」一詞係指±10%。
在步驟102中，以潔淨室擦拭布(例如由VWR LabShop(BataVia,III.)所生產之等級-100耐酸潔淨室擦拭布，其係由針織聚酯所製造並具有封邊(sealed edges)且耐洗)擦拭上電極，並以去離子水(DIW，deionized water)沖洗上電極經過一適當時間，例如1到10分鐘，較佳約2分鐘。圖2顯示固定架208的概略橫剖面圖，吾人可在其上擦拭上電極300。圖3A顯示支撐上電極300之固定架208的立體圖，而圖3B顯示在圖3A中之區域B的概略放大橫剖面圖。擦拭工具200較佳係由Teflon®(聚四氟乙烯)所形成，並且包含手柄部分202以及截頭圓錐形(frusto-conical)區段203。截頭圓錐形區段203具有覆蓋以擦拭布206的平坦表面204，此擦拭布在擦拭期間可利用例如IPA的清除液加以潤溼。擦拭工具200的操作人員較佳係握住手柄部分202並施加一向上力210，以使擦拭工具200的面朝上平坦表面204與上電極300的面朝下表面(例如電漿曝露表面)接觸。又，固定架208可在擦拭期間進行旋轉。
如圖2、3A、以及3B所示，依待清理之上電極300之尺寸所製作的固定架208具有一堅固的底框以及三個以上用以支撐上電極300的垂直支撐部件，以使上電極300的電漿曝露表面308朝下。每一支撐部件的頂部較佳係具有一內台階，上電極300的邊緣係支撐在此內台階上。這些台階防止上電極300在清理電漿曝露表面期間滑落支撐部件。這些支撐部件與基底較佳係塗佈以例如Teflon®的耐化性材料及/或由此材料所製造。
在步驟103中，較佳係在室溫下將上電極浸泡在清除液中經過一適當時間，例如10到60分鐘。此清除液係藉由混合氫氧化銨、過氧化氫以及水而製造，較佳係將濃氫氧化銨水溶液(CAS# 1336-21-6)(以NH3為基準28-30重量%，29重量%較佳)、過氧化氫水溶液(CAS# 7722-84-1)(29-31重量%，29重量%較佳)以及水，以從1-2：1-2：2到1-2：1-2：20、從1-2：1-2：2到1-2：1-2：15(較佳)、從1：1：2到1：1：10(更佳)、1：1：10(最佳)的體積 比加以混合。
清除液中的過氧化氫分解成水與原子氧。原子氧氧化位於上電極上的金屬污染物。清除液中的銨離子可與氧化的金屬污染物螯合並形成可溶的錯合物。例如，Cu污染物與清除液的反應如：Cu+H2O2=CuO+H2O；CuO+4NH3+H2O=Cu(NH3)4 2++2OH-。
在步驟104中，以DIW沖洗上電極經過一適當時間，例如約5分鐘，以去除任何殘留的清除液。
在步驟105中，使用浸泡DIW的潔淨室擦拭布來擦拭上電極(正面與背面兩者)經過一適當時間，例如1到10分鐘，較佳約2分鐘。
在非必要的步驟106中，將上電極浸泡在稀硝酸溶液(CAS# 7697-37-2)(1-5重量%，2重量%較佳)中經過一適當時間，例如1到10分鐘，較佳2到5分鐘。稀硝酸可進一步從上電極有效去除金屬污染物。
若執行非必要的步驟107，在其之後則為步驟108。在此步驟中，以DIW沖洗上電極經過一適當時間，例如1到10分鐘，較佳約5分鐘，以去除任何殘留的稀硝酸。
吾人可將步驟101到108重複一或多次。
在步驟109中，將上電極移至等級100或更佳的潔淨室。
在步驟110中，以超純水(ultrapure water)沖洗上電極經過一適當時間，例如1到30分鐘，較佳約10分鐘。
在此種清理製程之後可為其他習知清理步驟。
此種上電極的清理製程不使用機械研磨或者不以氫氟酸進行處理，因此可防止對彈性接頭的過度磨耗與損壞。此種清理製程可從容易接近之表面與其他表面(例如在螺孔、氣體通道等等內的表面)兩者有效去除銅以及其他金屬污染物。
表1顯示在清理前與清理後於矽噴淋頭電極之電漿曝露表面上的元素分析。
於執行在此所述之清理製程並在這些步驟之間處理上電極期間，操作人員較佳係穿戴手套以防止由人體接觸而來的有機污染物。又，每當需要時，操作人員可戴上新的手套以防止在某步驟中所產生的污染物或微粒於後續步驟中轉移至上電極。
雖然此清理方法以及此清除液已參照其具體實施例而詳加說明，但熟習本項技藝者可明白在不背離隨附請求項之範圍的情況下，當可進行各種變化與修改並且使用等效設計。
100‧‧‧流程圖
200‧‧‧擦拭工具
202‧‧‧手柄部分
203‧‧‧截頭圓錐形區段
204‧‧‧平坦表面
206‧‧‧擦拭布
208‧‧‧固定架
210‧‧‧向上力
300‧‧‧上電極
308‧‧‧電漿曝露表面
330‧‧‧支撐部件
332‧‧‧接合材料
圖1係顯示依照一實施例之用以清理上電極之示範步驟的流 程圖。
圖2顯示依照另一實施例之用以清理上電極之固定架的概略橫剖面圖。
圖3A顯示在圖2中之固定架的立體圖。
圖3B顯示在圖3A中之區域B的放大橫剖面圖。
100．．．流程圖
101．．．將上電極組件浸泡在異丙醇(IPA)中30分鐘
102．．．以潔淨室擦拭布擦拭上電極組件，然後以去離子水(DIW)清洗2分鐘
103．．．將上電極組件浸泡在清除液(NH4OH+H2O2+H2O)中10分鐘
104．．．以DIW清洗上電極組件5分鐘
105．．．使用DIW以及潔淨室擦拭布擦拭上電極組件表面(正面與背面)2分鐘
106．．．非必要：將上電極組件浸泡在1-5重量%的HNO3中2-5分鐘
107．．．非必要：以DIW清洗上電極組件5分鐘
108．．．使用DIW以及潔淨室擦拭布擦拭上電極組件表面(正面與背面)2分鐘
109．．．將上電極組件移至等級100或更佳的潔淨室
110．．．以超純水清洗上電極組件10分鐘

Claims (21)

  1. 一種由上電極清除金屬污染物的方法，該上電極係用於一電漿腔室，該方法包含下列步驟：將該整個上電極浸泡在一清除液中，該清除液係由氫氧化銨、過氧化氫以及水所組成，其中該方法不包含以氫氟酸處理該上電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中將該上電極浸泡在該清除液中10到60分鐘。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，更包含下列步驟：在浸泡於該清除液中之前，將該上電極浸泡在異丙醇中約30分鐘；以潔淨室擦拭布擦拭該上電極，並且以去離子水沖洗該上電極約2分鐘；及在浸泡於該清除液中之後，以去離子水沖洗該上電極約5分鐘；使用去離水以及潔淨室擦拭布擦拭該上電極約2分鐘；非必要地將該上電極浸泡在2%硝酸溶液中2到5分鐘，並且以去離子水沖洗該上電極約1到10分鐘。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，更包含下列步驟：在重複該等步驟至少一次之後，以超純水(ultrapure water)沖洗該上電極約1到30分鐘。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液係藉由將以NH3為基礎之28-30重量%的濃氫氧化銨水溶液、29-31重量%的過氧化氫水溶液以及水，以從1-2： 1-2：2到1-2：1-2：20之氫氧化銨：過氧化氫：水的體積比加以混合而製備。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該體積比係從1：1：2到1：1：10。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該上電極包含一單晶矽的噴淋頭電極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液不具有氫氟酸以及氫氯酸。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除方法係在不研磨該上電極之電漿曝露表面的情況下執行。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除方法係在等級100或更佳的一潔淨室中執行。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該上電極包含一鋁或石墨支撐部件，該支撐部件係藉由一彈性接頭而與一矽噴淋頭電極接合。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，更包含下列步驟：在清理之前，從一電漿腔室移除該上電極，並且將該已清理之上電極再安裝在該同一或不同之腔室中。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Cu污染物從3000×1010原子/cm2以上降低至 小於50×1010原子/cm2。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Ni污染物從200×1010原子/cm2以上降低至小於5×1010原子/cm2。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Zn污染物從250×1010原子/cm2以上降低至小於75×1010原子/cm2。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Fe污染物從50×1010原子/cm2以上降低至小於5×1010原子/cm2。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Ca污染物從700×1010原子/cm2以上降低至小於400×1010原子/cm2。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Mg污染物從50×1010原子/cm2以上降低至小於20×1010原子/cm2。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將K污染物從450×1010原子/cm2以上降低至小於5×1010原子/cm2。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Na污染物從1500×1010原子/cm2以上降低至小於50×1010原子/cm2。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之由上電極清除金屬污染物的方法，其中該清除液將Ti污染物從250×1010原子/cm2以上降低至小於75×1010原子/cm2。
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