等離子體處理裝置及其清洗方法與流程

2023-06-06 22:15:36

本發明涉及一種等離子體處理裝置及其清洗方法，具體是指一種能有效清洗升降頂針的清洗方法及相應的等離子體處理裝置，屬於等離子體處理技術領域。

背景技術：

在晶圓刻蝕過程中，處理腔體常常會堆積大量的聚合物（polymers），為了穩定處理腔體環境，常用的做法是定期通入氧氣成型氧等離子體從而移除聚合物，達到清洗處理腔體的目的。但是定期的氧等離子很難清洗到升降頂針溝槽。

如圖1所示，基座101通過一匹配電路102連接至射頻功率電源103，夾持電極104埋設在靜電夾盤105內，並且夾持電極104連接至高壓直流電源106，升降頂針107豎向穿過基座101和靜電夾盤105，並分別與基座101和靜電夾盤105之間留有間隙（升降頂針溝槽）。由於升降頂針107的直徑只有幾個mm，氧等離子體108很難進入升降頂針溝槽，附著在升降頂針107上的聚合物109難以清洗，造成升降頂針107表面的變性。在後續的刻蝕過程中在高功率射頻情況下容易形成升降頂針溝槽內的放電，造成升降頂針損害和晶圓良率下降等弊端。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種等離子體處理裝置及其清洗方法，利用介質阻擋放電的辦法（dbd）在升降頂針周圍形成局域性的等離子體，可以有效的清洗附著在升降頂針上的聚合物，防止在刻蝕過程中由於聚合物造成升降頂針溝槽放電和損傷。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：一種等離子體處理裝置，其特點是，包含：

處理腔體；

所述處理腔體內的底部設有基座；

所述基座的上方設有靜電夾盤，所述靜電夾盤用於承載晶圓；

升降頂針，豎向穿過所述基座與所述靜電夾盤，並與基座及靜電夾盤分別留有間隙，所述間隙作為升降頂針的通道；

所述靜電夾盤內部埋設有夾持電極；

所述處理腔體內的頂部設有與夾持電極對應的上電極，所述上電極接地；

所述夾持電極上可選擇施加有交流電源或高壓直流電源中的一個，當所述夾持電極上施加有高壓直流電源時，所述夾持電極上產生靜電吸力，用於夾持固定靜電夾盤上的晶圓，當所述夾持電極上施加有交流電源時，所述交流電源用於在所述升降頂針的通道內產生清洗等離子體。

所述的高壓直流電源的輸出電壓範圍為-9000v~9000v。

所述的交流電源的輸出電壓的幅值為100v～20kv，頻率為1khz～1mhz。

所述夾持電極通過第一繼電器選擇性的連接至高壓直流電源或交流電源中一個。

所述的等離子體處理裝置還包含一與基座連接的匹配電路，所述匹配電路包含一第二繼電器，所述第二繼電器用於將基座選擇連接至地或射頻功率電源中一個。

所述的基座上施加射頻功率電源，所述的夾持電極上施加高壓直流電源，並向處理腔體內引入刻蝕用反應氣體時，刻蝕用反應氣體被激發為刻蝕等離子體，以對設置在靜電夾盤上方的晶圓進行刻蝕。

所述的基座上施加射頻功率電源，所述第一繼電器斷開，並向處理腔體內引入清洗用反應氣體時，清洗用反應氣體被激發為清洗等離子體，以對處理腔體內的各部件進行等離子體清洗。

所述的基座接地，所述上電極上施加交流電源，並向處理腔體內引入清洗用反應氣體時，清洗用反應氣體被激發為清洗等離子體，在升降頂針的通道內形成局部dbd等離子體，以對升降頂針的表面進行局部增強的等離子體清洗。

一種等離子體處理裝置的清洗方法，用於晶圓刻蝕結束並移出處理腔體後，其特點是，所述清洗方法包括處理腔體內的部件清洗步驟及升降頂針表面的清洗步驟，

處理腔體內的部件清洗步驟，施加射頻功率源至基座，向處理腔體內引入清洗用反應氣體，所述射頻功率將清洗用反應氣體激發為清洗等離子體，以對處理腔體內的各部件進行等離子體清洗；

升降頂針表面的清洗步驟，施加交流電源至靜電夾盤內的夾持電極，並將基座接地，向處理腔體內引入清洗用反應氣體，清洗用反應氣體在升降頂針的通道內形成局部dbd等離子體，以對升降頂針的表面進行局部增強的等離子體清洗；

所述處理腔體內的部件清洗步驟和升降頂針表面的清洗步驟順序可換。

所述的施加交流電源至夾持電極是通過一與所述夾持電極電路連接的第一繼電器實現的，所述第一繼電器可將夾持電極選擇連接至高壓直流電源或交流電源中一個。

所述的高壓直流電源的輸出電壓範圍為-9000v~9000v。

所述的交流電源的輸出電壓的幅值為100v～20kv，頻率為1khz～1mhz。

所述的將基座接地是通過一與所述基座電路連接的匹配電路實現的，所述匹配電路包含一第二繼電器，所述第二繼電器可將基座選擇連接至地或射頻功率電源中一個。

本發明一種等離子體處理裝置及其清洗方法與現有技術相比具有以下優點：通過對埋設在靜電夾盤內的夾持電極施加交流電源，以在升降頂針的通道內形成局部dbd等離子體，對升降頂針達到局部增強的清洗效果；由於所形成的局部dbd等離子體會產生大量化學活性粒子或基團，因此其對升降頂針的表面進行的是化學清洗，並且對升降頂針表面的損傷較小，不影響其他部件。

附圖說明

圖1為現有技術中的等離子體處理裝置；

圖2為本發明中的一種等離子體處理裝置。

具體實施方式

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

如圖2所示，一種等離子體處理裝置，包含：處理腔體；所述處理腔體內的底部設有基座201（材質為鋁）；所述基座201的上方設有靜電夾盤202，靜電夾盤202用於承載晶圓；升降頂針203，豎向穿過所述基座201與靜電夾盤202，並與基座201及靜電夾盤202分別留有間隙，所述間隙作為升降頂針203的通道；所述靜電夾盤202內部埋設有夾持電極204；所述處理腔體201內的頂部設有與夾持電極204對應的上電極205，所述上電極204接地；所述夾持電極204上可選擇施加有交流電源ac或高壓直流電源hv中的一個，當所述夾持電極204上施加有高壓直流電源hv時，所述夾持電極204上產生靜電吸力，用於夾持固定靜電夾盤202上的晶圓，當所述夾持電極204上施加有交流電源ac時，所述交流電源ac用於在所述升降頂針203的通道內產生清洗等離子體。

在本實施例中，所述的高壓直流電源hv的輸出電壓範圍為-9000v~9000v；所述的交流電源ac的輸出電壓的幅值為100v～20kv，頻率為1khz～1mhz。

在本發明的較佳實施例中，所述夾持電極204上可選擇施加有交流電源ac或高壓直流電源hv中的一個，是通過電路連接設置一第一繼電器208實現，所述第一繼電器208可將夾持電極204選擇連接至高壓直流電源hv或交流電源ac中一個；在本發明的優選實施例中，還包含一與基座201電路連接的匹配電路209，所述匹配電路209包含一第二繼電器2091，所述第二繼電器2091可將基座201選擇連接至地或射頻功率電源rf中一個。

在本發明中的刻蝕工藝中，將夾持電極204通過第一繼電器208選擇與高壓直流電源hv連接，此時，高壓直流電源通過夾持電極204在靜電夾盤表面產生一靜電吸力，將晶圓固定在靜電夾盤上表面。向基座201上施加射頻功率電源rf，並向處理腔體內引入刻蝕用反應氣體時，射頻功率源在上電極205與基座之間激發的電場將刻蝕用反應氣體激發為刻蝕等離子體，所述刻蝕等離子體對固定在靜電夾盤202上方的晶圓進行刻蝕。

刻蝕工藝結束後，斷開第一繼電器208與高壓直流電源的連接，靜電夾盤與晶圓之間的靜電吸力解除，用升降頂針203將晶圓託起至一定高度，配合設置在處理腔室外部的機械手將晶圓移出至處理腔體外。由於在刻蝕工藝中反應副產物會在處理腔體的多個部件中進行沉積，影響這些部件的工藝特性，為了保證後續晶圓的加工環境的一致性，每片晶圓刻蝕完成後，需要對處理腔體進行清洗。清洗處理腔體的方法為向處理腔體內引入清洗反應氣體，並向基座201上施加射頻功率電源rf，射頻功率源將清洗反應氣體激發為清洗等離子體，對反應腔內暴露在清洗等離子體中的部件進行清洗。上述清洗方法可以實現對反應腔內大部分部件的清洗，然而，對於一些難以清洗的部件，如升降頂針，由於升降頂針在完成晶圓的移出後需要恢復到原來的位置，而升降頂針所在的通道直徑較小，通常只有幾個毫米，清洗等離子體很難對附著在升降頂針上的沉積物進行清洗。

為了能對升降頂針進行有效清洗，在本發明中，將基座201接地，所述夾持電極204上施加交流電源ac，並向處理腔體內引入清洗用反應氣體時，施加到夾持電極上的交流電源在升降頂針所在的狹小通道內進行放電，將清洗氣體解離為介質阻擋放電（dielectricbarrierdischarge，dbd）等離子體，dbd等離子體在升降頂針所在的通道內存在，以對升降頂針203的表面進行局部增強的等離子體清洗。

結合上述的等離子體處理裝置，為了徹底清洗等離子體處理裝置內部的部件，本發明公開了一種等離子體處理裝置的清洗方法，包括清洗升降頂針的表面步驟以及對整個處理腔體內的部件進行清洗步驟。

清洗升降頂針的表面包含以下步驟包含：

施加交流電源至靜電夾盤內的夾持電極，並將基座接地，向處理腔體內引入清洗用反應氣體，清洗用反應氣體被激發為清洗等離子體，在升降頂針的通道內形成局部dbd等離子體，以對升降頂針的表面進行局部增強的等離子體清洗。

對整個處理腔體內的部件進行清洗的步驟包含：

施加射頻功率電源至基座，引入清洗用反應氣體，將清洗用反應氣體激發為清洗等離子體，以對處理腔體內的各部件進行等離子體清洗，此時與夾持電極連接的第一繼電器為斷開狀態。

本發明中公開的等離子體處理裝置，可以進行刻蝕工藝和清洗工藝，上述清洗升降頂針步驟和清洗處理腔體內部件的步驟順序可以互換，兩個清洗步驟均在刻蝕工藝結束並將晶圓移出處理腔體後進行。

由於夾持電極204是包含在靜電夾盤202裡，靜電夾盤202形成介質阻擋層；如果在處理腔體中通入清洗用反應氣體（氧氣），那麼在夾持電極204與基座201之間就會形成典型的dbd放電，氧氣放電產生的氧原子或者臭氧原子具有強氧化性可以很有效的清洗吸附在升降頂針203上的聚合物207，由於dbd放電的局部性，dbd等離子體206隻會在溝槽內形成，不會影響其他部件。

本發明等離子體處理裝置的工作過程如下：

刻蝕步驟；施加高壓直流電源至夾持電極，施加射頻功率電源至基座，並向處理腔體內引入刻蝕用反應氣體時，刻蝕用反應氣體被激發為刻蝕等離子體，可對設置在靜電夾盤上方的晶圓進行刻蝕；

刻蝕工藝完成後，斷開夾持電極連接的高壓直流電源，實現晶圓的去夾持後將刻蝕完成後的晶圓取出，然後在處理腔體內引入清洗用反應氣體；

整個處理腔體內的部件進行清洗的步驟：繼續施加射頻功率電源至基座，清洗用反應氣體被激發為清洗等離子體，以對處理腔體內的各部件進行等離子體清洗，此時與夾持電極連接的第一繼電器為斷開狀態；

而本發明選擇的交流電源頻率為低於1mhz，產生的為非連續放電的等離子體，且等離子體密度較低，鞘層效應較弱，使清潔等離子體與升降頂針表面的相互作用以活性粒子的化學反應為主，對升降頂針表面的物理損傷小。

單獨清洗升降頂針表面的步驟：將基座接地，施加交流電源至夾持電極，清洗用反應氣體被激發為清洗等離子體，在升降頂針的通道內形成局部dbd等離子體，以對升降頂針的表面進行局部增強的等離子體清洗；其中整個處理腔體內的部件進行清洗的步驟與單獨清洗升降頂針表面的步驟可以互換；即可以先清洗升降頂針的表面再對處理腔體內的各部件進行清洗；或者先對處理腔體內的各部件進行清洗再對升降頂針的表面進行清洗。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。