处理室残留物的两步式等离子清洗的制作方法

专利名称：处理室残留物的两步式等离子清洗的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种清洗先前沉积在处理室内表面上的残留物的设备和方法。特别是，本发明涉及采用两步清洗工艺除去内壁或其它部件上的残留物的无晶片等离子清洗方法。
背景技术：
在通常的等离子处理中，使用活性气体物质来激发等离子，以便从衬底上生成或除去想要的膜。化学活性物质包括离子、中性原子和分子。当参与例如等离子蚀刻的化学处理时，活性物质与待蚀刻的材料之间发生物理或化学反应。
谨慎地选择化学活性物质以专用于要进行反应的衬底表面。一般而言，由一或多个工艺参数控制等离子，例如晶片温度、处理室表面温度、压力、反应气体流量、反应气体混合比、反应气体浓度、气体注入分布、等离子离子浓度和偏压等。对于特定的处理，以实验设计(更常称为DOE)的形式对这些工艺参数进行工艺参数的优化和化学反应物的选择。
虽然谨慎小心地监控化学过程，在进行处理的处理室内表面还是会有不希望的残留物沉积。此残留物不幸地沉积在处理室内壁四周。处理室内部的残留物积聚不但使处理不可靠和偏移基准，且导致以瑕疵形式恶化、缺陷的衬底。如果没有频繁的清洗处理，残留物积聚而导致的杂质会移往衬底之上。此外，因残留物积聚造成处理性能失控，导致处理室环境变化，蚀刻率或沉积速度会随时改变。因此，处理设备的保养很重要，不只是对于目前产品的高成品率和较佳性能，且对于未来下一代产品的开发也是如此。
改善设备处理时的整体品质和效率的一项重要技术是清洗处理室里任何沉积物。有两种清洗方法干式侵蚀清洗和湿式清洗。在前者清洗操作中，处理气体从处理室中排出而引入一种或多种处理清洗气体。施加能量以促进气体和积聚在处理室内表面的任何残留物反应。处理室内部残留物和清洗处理气体反应，形成气态副产物，而后与清洗处理气体未反应部分一同排出处理室。清洗过程之后重新开始标准处理。
干式侵蚀(即处理室保持密封的现场清洗)的替代方法为破坏处理室的真空密封，人工地擦拭处理室内表面的湿式清洗。通常执行湿式清洗以除去未完全被现场清洗除去、且随时间积聚的残留物。有时使用溶剂来溶解这些残留物。清洗之后，密封处理室而继续标准过程。
不幸地，这种清洗操作在种种方面影响衬底处理系统的利用率。例如，执行清洗操作的时间减少了系统利用率。当执行湿式清洗时，打开处理室且实际地擦拭处理室内表面甚至造成更多停产时间，因为处理环境必须随后重新稳定。处理室环境的重新稳定需要处理许多晶片，以调节处理室回到湿式清洗操作之前的没有额外残留物积聚的处理室状态。
图1是除去所有处理室沉积副产物的复合一步式清洗处理的流程图。此方法从操作10开始，在此处理样本晶片(dummy wafer)以确认处理处理就绪。然后前进至操作12，在此处理产品晶片。接着进展至操作14，在此结合用于去除硅基化合物和碳基化合物的侵蚀剂，以执行一步式清洗操作。若要处理更多晶片，则各个产品晶片从操作12执行到14。图1所示本方法操作也可在无晶片状态下执行，在此被视为一步式(复合)无晶片自动清洗(WAC)处理。尽管在某些例子中可能是多重步骤，但所有这些步骤仍是重复复合(硅基化合物和碳基化合物的去除结合在一起)一步式无晶片自动清洗(WAC)过程。
虽然这种方法有处理步骤减少的优点，但不能确保不同的副产物完全去除，例如以碳基有机残留物和以半导体为主的硅残留物。事实上，硅和碳沉积物的去除率彼此冲突。去除硅的反应倾向主要以氟基化学反应为主。而去除碳主要以氧基化学反应为主。当氟基和氧基化学反应混合时，硅和碳的去除率不是都在理想标准内。当混合物中O2浓度增加至某一界限之上，硅去除率变成饱和且实质上降低。硅和碳去除率在一步式复合方法中妥协而有接近的去除率。因此，一步式方法不能达到硅和碳沉积物最有效的去除。以前，等离子清洗用来清洗处理室里有晶片覆盖电极的蚀刻反应器和沉积物反应器，但现在更常执行无晶片等离子清洗。这导致了无晶片自动清洗(WAC)的使用。
当使用复合WAC方法利用去除硅和碳的独立侵蚀气体的特定混合来除去硅和碳基化合物时，硅和碳基沉积副产物的去除率都无法达到最优。换言之，一步式复合WAC方法未被调节至达到硅和碳副产物的完全去除。实际上，一步式复合WAC方法折衷副产物去除效果以便使用单一的全部包含的WAC化学反应。因此，复合WAC方法可能以除去其一副产物太多而另一不足的中等去除率，来去除副产物。因此，处理室会未完全清洗而导致材料积聚，或是过渡清洗而导致处理室零件老化及寿命缩短。此外，当复合WAC方法使用含氟清洗气体时，处理室内表面形成非挥发性的铝氟化合物的积聚。这些化合物的积聚造成处理室中等离子清洗操作的变化。最终，积聚物会剥落而沉积在处理中的晶片上。
频繁清洗操作的另一缺点为，过渡清洗有增大处理室零件磨损的倾向，导致零件寿命缩短。于是消耗品花费增加。因此，需要清洗半导体处理室的改良方法和设备。特别是，这种清洗方法和设备应能去除在衬底处理操作时产生的残留物，同时减少或消除所形成的清洗残留物。
鉴于前述，需要一种能有效地去除碳和硅基副产品的半导体处理室，以有效地去除硅基副产品和碳基副产品，为每个连续处理的半导体衬底提供一致的处理室内部环境。

发明内容
本发明提供了一种利用两步式清洗处理去除硅和碳基沉积副产物的方法和设备，其中各个清洗处理优化为去除特定的副产物。该两步式清洗处理的第一步骤优化为去除硅基副产物，而第二步骤优化为去除碳沉积副产物。应注意的是本发明可以许多方式实施，包括设备、系统、装置、或方法。以下叙述本发明的各个实施例。
在一实施例中为无晶片自动清洗处理(WAC)，包括引入第一气态成分以清洗处理室，此第一气态成分包含至少约75％的化学式为XyFz的含氟化合物。接着，由第一气态成分形成等离子体，以提供第一蚀刻等离子体，其从处理室内表面去除硅和硅基副产物。下一步骤包括引入第二气态成分于同一处理室，此第二气态成分包含至少50％的化学式为O2的氧。接着，由第二气态成分形成等离子体，以提供第二蚀刻等离子体，其从处理室内表面去除碳和碳基化合物。
在本发明另一实施例中，首先使用包含至少约75％的化学式为XyFz且优化为去除硅和硅基化合物的氟化物等离子来清洗处理室内表面，然后使用包含至少约50％的O2且优化为去除碳和碳基化合物的氧等离子来清洗处理室内表面，从而对晶片进行处理。在第一和第二清洗处理之后，可于处理室内处理晶片。
在另一实施例中，提供了一种清洗处理室内表面的处理。清洗处理室内表面硅和硅化合物的处理步骤包括首先引入含有化学式为XyFz且优化为去除硅和硅化合物的氟化物的侵蚀气体。接着，由含有氟化物的侵蚀气体形成等离子体。处理室内部压力维持于约2-100mTorr范围内。对处理室内表面上的硅和硅化合物进行监视，以确定达到预定标准。
清洗碳和碳化合物的处理步骤包括首先引入含氧的侵蚀气体，及可选择的微量化学式为XyFz的含氟化合物，以便含氟化合物去除由两步处理的前一步骤中产生的硅和硅化合物。由含氧侵蚀气体形成的等离子体在处理室中维持于10-100mTorr的压力范围。监视处理室内表面上的碳和碳化合物，以确定达到预定标准。
在本发明另一实施例中，提供了一种用以执行两步骤现场清洗处理的等离子处理系统。此等离子系统包含一引入第一清洗气体和第二清洗气体的入口，优化第一清洗气体以去除沉积在处理室内表面的硅基副产物，优化第二清洗气体以去除沉积在处理室内表面的碳基化合物。此处理室亦包括一顶端电极，其在执行现场清洗处理第一步骤中用来由第一清洗气体产生第一等离子体，以及接着在第一步骤完成后由第二清洗气体产生第二等离子体。还包括一个独立于处理气体流量而控制处理室内压力的可变电导计。此可变电导计位于处理室的出口上。具有静电夹头，用以夹持晶片及进行晶片温度控制。还包括一个用以探测处理室内两步式现场清洗处理之各步骤终点的光学放射光谱仪(OES)。此OES与处理室相通。还包括一个在两步式清洗处理之每一步骤间抽空处理室的抽气系统。


由以下的详细说明，结合附图，可以更加清楚地理解本发明的其它方面和优点。附图中解释了本发明的原理。
图1是去除所有处理室沉积副产物的复合一步式清洗处理的方法操作流程图；图2是依据本发明一实施例，执行两步式清洗处理的等离子蚀刻系统的简化剖面图；图3是依据本发明一实施例，执行两步式副产物去除WAC技术的方法操作流程图；图4是图3所示去除硅基副产物方法操作的详细流程图；图5是图3所示去除碳基化合物方法操作的详细流程图；图6显示了依据本发明一实施例，WAC处理对蚀刻率性能的影响；图7显示了依据本发明一实施例，在各个晶片之后执行WAC时使用Polygate release方案的蚀刻率再现性。
具体实施例方式
本发明叙述一种有效的两步式无晶片自动清洗方法，以充分除去沉积在半导体处理室壁上的各种副产物。然而，显而易见地，对本领域技术人员而言，没有部分或全部的这些具体细节仍能实现本发明。在其它实例中，并未详述众所皆知的处理步骤，以免模糊本发明。图1在背景技术部分中有所描述。
等离子蚀刻的基本概念更为直接。利用辉光放电由相对惰性分子气体制造化学活性物质(中性原子、根和离子)。选择侵蚀气体，以便生成和待蚀刻材料产生化学反应的物质，且其和被侵蚀材料反应所生成的物质为易挥发性的，以便从处理室除去。
单独以化学机制去除材料的理想干式侵蚀处理可以分解为六个步骤1)在等离子中生成反应物质，2)这些物质扩散至被蚀刻材料表面，3)此物质在表面被吸附，4)发生化学反应，形成挥发性副产物，5)副产物从表面释放，6)被释放的物质扩散至气体内。若任一步骤失败，整个蚀刻循环终止。然而，当副产物从表面释放时，可能沉积在处理室内表面上。因此，处理室内表面会随着时间推移而积聚一层副产物，从而污染被处理的晶片。
在等离子蚀刻处理中通常使用RF二极管来建立辉光放电。辉光放电主要用作高能量离子源，来轰击目标表面且引起溅射。换言之，辉光放电生成活性物质用以化学地蚀刻所关注表面。在等离子蚀刻系统中主要使用高频13.6MHz RF二极管。若所施加的RF能量使用13.6MHz的频率，则此频率足够高以致于离子需要数个RF循环以越过等离子区和晶片区之间的暗区(dark space)。
关于等离子蚀刻系统内电势分布的了解是有益的，因为粒子轰击蚀刻表面的能量取决于电势分布。此外等离子电势决定了离子轰击处理室其它表面的能量，且这些表面的高能轰击会引起溅射和随之发生的喷射材料重新沉积。硅基残留物通常形成于处理操作的内表面上，例如在硅晶片的沉积和蚀刻操作中。此外，当轰击用作形成器件图案的掩膜的光阻剂时，也会在内表面上形成碳基残留物。
本发明的两步式无晶片自动清洗(WAC)有效地清洗沉积物，且在各个蚀刻操作的开始提供一致的基准环境。两步式WAC始于由引入处理室中的侵蚀气体形成第一等离子体。第一等离子有效地和硅基残留物反应，形成可从室内去除的挥发气体。第一等离子处理之后，由引入处理室中的侵蚀气体形成第二等离子体。第二等离子有效地和碳基残留物反应，形成可从室内去除的气体。
因为处理室中硅残留物较为普遍，此两步式方法可多更花时间于确保硅基副产物的去除，较少时间于碳基化合物，以免碳基化合物过度清洗。因此，两步式处理和复合一步式处理相比较，不会显著影响系统的晶片处理生产率。此外，这种优化的两步式处理提供了各个操作间更一致的室内环境条件。因此，由于藉由两步式WAC技术提供了处理室内一致的环境，晶片间蚀刻操作的重复性增大。换言之，基本上消除了处理室内表面上副产物随时间积聚，提供了晶片间稳定/可重复的蚀刻率和更长的平均清洗间隔时间(mean time between cleaning，MTBC)下。
图2是依据本发明一实施例，执行两步式清洗处理的等离子蚀刻系统的简化图。该示范的等离子蚀刻系统包括2300 Poly VERSYS无晶片自动清洗系统，亦称PolyWAC，和TCP 9400PTX，这两者都为本申请的受让人所有。等离子蚀刻系统100包含数个构件，例如抽气以减压的蚀刻室102、建立并维持低压的抽气系统104、监控室内压力的压力计106、独立控制蚀刻室中压力和流量的位于抽气系统104和蚀刻室102之间的可变电导计108。射频(RF)电源11产生辉光放电。气体处理器112测量并控制侵蚀气体的流量。电极114可用于轰击等离子。光学放射光谱仪(OES)监视器116监控特定于蚀刻室102沉积物去除产物与蚀刻室沉积物去除反应物的波长。还包括控制温度和夹住晶片的静电夹。应注意的是，在过去利用等离子清洗来清洗反应器，其中晶片留在反应室中覆盖电极，但现已普遍使用无晶片等离子清洗。此导致无晶片自动清洗(WAC)的使用。在一实施例中，计算机控制的操作自动地以设定的晶片处理间隔开始无晶片等离子清洗。例如，可以在每一个晶片之后、在多个晶片之后或是在某个其它的适当间隔之后执行WAC处理。在另一实施例中，输入以下讨论的工艺参数，且工艺参数被控制系统控制，例如与反应室相连的可编程逻辑控制器。
WAC处理通常用作复合一步式方法，专注于所有室内沉积副产物的去除，用到去除硅基副产物和碳基化合物的混合侵蚀气体。然而，用于硅和碳基副产物的复合WAC方法对于硅和碳基沉积副产物的去除率都不高。此外，一步式方法留下的铝氟化合物对蚀刻操作不利。
如本领域中所公知的，硅基残留物形成于例如硅晶片沉积和蚀刻处理操作的内表面。在处理过程中，由于常用作形成器件图案的掩膜的碳基光阻剂，在处理室中会形成碳基沉积物。一般而言，硅基副产物和碳基副产物的百分比不是1∶1，因为硅基副产物的量比碳基副产物更多。本领域技术人员可以理解，在多晶硅蚀刻设备中，硅基副产物为主要的室内沉积物质。本发明提供了一种方法，由优化并专用于待去除的副产物的侵蚀气体形成等离子体，以清洗半导体处理室内表面。换言之，硅基副产物的清洗处理有效地除去硅基副产物，而碳基化合物的清洗处理有效率地除去碳基化合物。在一实施例中，副产物去除处理为两步式处理，其第一步骤使用SF6或其它氟基化学物质，例如NF3来除去硅基(无机)副产物。第二步骤使用氧(O2)基化学物质来从室壁去除碳基(有机)副产物。该清洗处理最好执行于各个晶片之后，不过，可使用任何适宜的清洗频率。此外，第二步骤的氧基化学物质协助清洗氟，以防止铝处理室中形成铝氟化合物。
图3是依据本发明一实施例，执行两步式副产物去除WAC技术的方法操作流程图。此方法从去除硅基副产物的操作142开始。应该理解，操作142可执行于一个或多个晶片处理后，或初始气体稳定操作之后。在此，氟基侵蚀气体引入室内且轰击等离子。氟基等离子体从处理室内表面除去硅基(无机)副产物。此方法接着进展至去除碳基(有机)副产物的操作144。在此，氧基(O2)侵蚀气体引入室内且轰击等离子。应该理解，这两个步骤的分解使得各个处理可以针对特定的副产物进行优化。如前所述，当硅是主要的室内沉积物质时，可以优化各个处理步骤的时间。更具体地，可以延长硅清洗处理的时间，而缩短碳清洗处理的时间。因此，复合WAC处理的清洗时间不会显著增加。应该理解，这些操作可执行指定长度的时间，或清洗操作可由检测终点的软件进行控制。
此方法接着前进至操作146，在处理室内处理产品晶片。如前所述，在清洗操作间可处理多个或一个晶片。对产品晶片进行的处理可以是任何蚀刻或沉积处理，例如Polygate、浅沟道隔离(STI)应用和其它会在处理室内壁上沉积材料的适当半导体处理操作。此方法接着进行至确定晶片处理是否完成的判定操作148。若处理未完成，此方法返回至操作142。重复这些处理知道所有晶片处理完毕。若判定处理完成则此方法停止。
图4是图3所示去除硅基副产物方法操作的详细流程图。此方法始于操作162，其中含氟气体混合物流入处理室。适宜的处理室参考图2所描述。氟用作去除硅基化合物的侵蚀剂。在一实施例中，氟侵蚀剂为包含至少75％的化学式为XyFz的含氟化合物的气态混合物，且引入如图2所示支持无晶片自动清洗(WAC)处理的反应室中。对于下面的工艺参数，对氟侵蚀剂去除硅基副产物进行优化，例如温度、压力、反应气体流量、变压器耦合等离子功率、和偏压，以从处理室内表面去除最多的硅和硅基副产物。下面的表1提供了依据本发明一实施例的工艺参数的操作范围。应该理解，所提供的范围可能随着不同处理室配置而异。再者，表1的范围为例如2300 Poly Wafer-less Auto Clean Syatem或TCP 9400PTX蚀刻系统的优化范围。如下所示，在本发明一实施例中，操作162中的含氟气态混合物(即SF6)的流量可从每分钟50标准立方厘米(sccm)至约400sccm。较佳流量范围在约50sccm至约100sccm之间。
表1

本方法接着进行至操作164，由含氟气态混合物生成等离子体。工艺参数参考表1所提供。特别是，压力可变动于约0mTorr(mT)至约100mT，而较佳范围约为2mT至5mT之间。变压器耦合等离子(TCP)功率约为800瓦特(W)至1500W，而较佳范围位于约800W至约1000W之间。本领域技术人员将了解，处理室可配置为电容耦合室或电感耦合室。对电容耦合室，最低功率最好设为0。此外，含氟气体可以包含SF6和NF3气体。在一实施例中，混合物为1∶1的SF6和NF3气体。也可以用NF3取代SF6。在另一实施例中，气体混合物可以包含少量的O2，以协助去除氟。在此，O2流量为SF6或NF3流量的约0％至约10％之间。最好是没有O2流量。
图4的方法接着进行至操作166，执行硅基副产物去除的WAC步骤。在此硅清洗处理中，如上所述，以先前参考图1所述之工艺参数设定来执行。此方法接着进行至判定操作168，其判定硅基副产物是否已去除。在一实施例中，由光学放射光谱仪(OES)判定终点，例如图2所示的OES监视器116。
图5是图3的去除碳基化合物方法操作的详细流程图。此方法始于操作172，将含氧(O2)气态混合物导入半导体处理室中。应该理解，O2流可以也可以不包含少量的含氟气体，例如前述参照图4的含氟侵蚀气体。对于用氧侵蚀剂去除碳基化合物的方法，优化以下工艺参数，例如温度、压力、反应气体流量、TCP功率、和偏压，以从处理室内表面去除最多的碳和碳基化合物。下表2提供了依据本发明一实施例，清洗碳的工艺参数的操作范围，其中微量含氟气体为可取舍的。应该理解，所提供的范围可能随着不同处理室配置而异。再者，表2的范围为例如2300Poly Wafer-less Auto Clean Syatem或TCP 9400 PTX蚀刻系统的优化范围。如下所示，操作172中的含氧气态混合物的流量可从每分钟100标准立方厘米(sccm)至约600sccm，较佳流量范围在约100sccm。
表2

图5的方法接着进行至操作174，由含氧气态混合物生成等离子体。工艺参数参考表2所提供。例如，压力可变动于约0mTorr(mT)至约100mT，而最佳的压力约为10mT。变压器耦合等离子(TCP)功率介于约800瓦特(W)和1500W之间。本领域技术人员将了解，处理室可配置为电容耦合室或电感耦合室。对电容耦合室，最低功率最好设为0。含氟气体引入的流量为含氧气体最大流量的约0％至约10％之间。本领域技术人员将了解，尽管此处SF6作为含氟气体，但可以用其它含氟气体代替，例如NH3。在一实施例中，含氧气体和惰性气体一同流入处理室中。例如，含氧气体可和氮、氩、氦等等混合。在此实施例中，惰性气体流量在含氧气体最大流量的约0％至约20％之间。
图5的方法接着进行至操作176，执行碳基化合物去除的WAC步骤。在此碳清洗处理中，如上所述，以先前所述参考图2或图3之工艺参数设定来执行。此方法接着进行至判定操作178，判定碳基化合物是否已去除。在一实施例中，由光学放射光谱仪(OES)判定终点，例如图2所示的OES监视器116。
因在碳清洗处理中含氟气体的加入为可取舍的，表3列出碳清洗处理的工艺参数，其中依据本发明之一实施，只使用含氧的气体来产生等离子体。可以理解，除了表3中排除了含氟气体，表3中提供的范围与表2提供的范围基本上一致。
表3

最好先执行两步式处理中的硅清洗处理，再执行碳清洗处理。然而，步骤顺序可颠倒。在碳清洗处理中限制含氟气体的量，以便含氧气体能有效地防止在碳清洗处理中于处理室内表面积聚铝氟化合物。一步式WAC方法会在室内表面上留下氟化铝的沉积物。
如上所论，可使用光学放射光谱仪(OES)监控特定于室内沉积物去除产物和室内沉积物去除反应物的波长，以判定硅清洗处理和碳清洗处理的终点。含氟化合物的特定波长是表示SiFx的309nm、SiF2的390nm、以及活性氟(化学符号F)的680nm。初始基线构成了由干净室内状态记录的波长，并用作OES强度的阈值或标称值。记录特定波长的强度得到时间函数的斜率。当特定波长的强度曲线为零斜率时，表示没有额外的清洗发生，且反应物或产物浓度之相对浓度无变化。在一实施例中，当建议的波长(390nm、309nm或680nm)随时间显示出初始干净室内强度和零斜率之强度曲线时，即达到硅基副产物WAC终点时间。含氧化合物(如一氧化碳，即CO)的特定波长为520nm。因此，当波长520nm随时间显示出初始干净室内强度和零斜率的强度曲线时，即达到碳基化合物WAC终点时间。在碳化合物实施例中，纪录含氧化合物的强度斜率，因为侵蚀剂是氧基的。应该理解，当碳清洗中包括含氟化合物时，上面所列全部波长可被监控以判定终点。
表4概括了依据本发明之一实施例的两步式WAC方法。如上所述，根据OES监控器讯号，可判定硅清洗和碳清洗的终点时间。OES监控器配置为检测适当波长，然后把信号与干净室内状态的基线信号进行比较。
表4

本领域技术人员会理解，稳定步骤调节室内环境，因而在开始硅清洗处理之前环境稳定且一致。如前所述，单独用含氧化合物，或使用含氧化合物和含氟化合物两者，可执行碳清洗处理。此外，在步骤序号3A或3B中惰性气体可与含氧化合物一同引入。表4仅为示范而非限制。除了随处理室设计变化的工艺参数，也可以替换表1-3所提供的参数值范围。
如表4所示，硅清洗处理和碳清洗处理指定的时间可依处理类型修改。换言之，若处理过程沉积更多硅基副产物于壁上，则硅清洗处理配置为除去沉积副产物，既不会过清洗，也不会欠清洗。因此，提供了更为一致的环境，基本上消除了因室内环境变化而导致的蚀刻率漂移。因与复合方法相较，硅沉积副产物的去除更为彻底，故蚀刻操作时不会有比晶片更大的表面来吸收/释出反应物质。同样地，因为碳基化合物一般少于硅基副产物的积累量，所以碳清洗处理指定的时间可缩短以有效清洗碳基化合物。因此，总清洗时间和单一复合处理相较无显著差异。尽管表4提供了各步骤的特定时间，可通过用以检测特定波长的OES监控器来检测终点，以控制各步骤。在此，OES监控器会检测终点和输出信号以触发各个清洗处理的完成。
图6是依据本发明一实施例，描述WAC处理对蚀刻性能的影响。已知干净室内的初始蚀刻率较低，直到使用了足够数量的调节晶片来稳定蚀刻率，但这样清洗间平均时间(MTBC)周期又慢慢地度过了。线段200代表WAC以不同时间周期执行的氧化物蚀刻率。在各个晶片之后执行无晶片自动清洗，直到点202。接着，在点202之后处理5个裸晶片而不执行WAC。如所示，各晶片之后不进行WAC和进行WAC相比，图案氧化物晶片上的氧化物蚀刻率约有27％增加。换言之，在不进行WAC而处理5个裸晶片后，蚀刻深度增加了27％。应该理解，在点204，各晶片之后重新开始进行WAC。
再参照图6，线段206所代表的光阻剂(PR)蚀刻率相似地受到各晶片处理后是否执行WAC的影响。换言之，在处理5个裸晶片的点208与点210之间，PR蚀刻率约有25％增加。同样地，一旦在点210重新开始WAC，晶片蚀刻率便稳定下来。因此，各周期后执行WAC为各蚀刻操作提供了固定的出发点，由此使晶片问蚀刻率变化为最小。应该理解，WAC使各个连续的蚀刻操作得以在小范围内实现蚀刻率的重复性。
图7显示了使用Polygate Release方案的蚀刻率重复性，其中依据本发明一实施例在各个晶片之后进行WAC。线段212、214、216和218各代表多重主蚀刻(poly main etch)、多重过度蚀刻(poly over etch)、氧化物主蚀刻(oxide main etch)和光阻剂主蚀刻(photoresist mainetch)。在初始和各晶片处理后执行WAC的情况下，测量第1至第25个晶片的蚀刻率重复性及稳定性。在各个晶片之间执行WAC时，这25个晶片的蚀刻率重复性及稳定性范围为，多重主蚀刻0.7％，多重过度蚀刻2.6％，氧化物主蚀刻3.1％，光阻剂主蚀刻4.6％。因此，通过优化为有效去除硅和碳基副产物的WAC，通过了提供晶片间一致的环境，并统一了初始条件，从而实现了蚀刻率的严格控制。从而，由蚀刻工艺确定的关键尺寸被控制在适当的范围内。
总之，该两步式清洗工艺对多种副产物进行了优化，从而提供了处理操作的一致环境。此一致环境实现了处理操作的重复性与再现性，使晶片间的变化最小。尽管为了便于理解，利用特定的细节对本发明进行了描述，但是很显然，在所附权利要求的范围内可以进行某些改变和修改。因此，本实施例是说明性的而非限制性的，本发明不限于此处描述的细节，而可以在所附权利要求的范围或等同内进行各种修改。
权利要求
1.一种处理室的清洗方法，包括向处理室中引入第一气态成分，该第一气态成分包含至少约75％的化学式为XyFz的含氟化合物；由此第一气态成分形成等离子体，以提供第一蚀刻等离子体，其从处理室的内表面去除硅和硅基化合物；向处理室中引入第二气态成分，该第二气态成分包含至少约50％的O2；以及由此第二气态成分形成等离子体，以提供第二蚀刻等离子体，其从处理室的内表面去除碳和碳基化合物。
2.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中所述的含氟化合物是从主要由NF3和SF6构成的组中选择的。
3.如权利要求2所述的处理室清洗方法，其中所述的含氟化合物为SF6。
4.如权利要求2所述的处理室清洗方法，其中所述的第一气态成分至少含有约90％的所述含氟化合物。
5.如权利要求4所述的处理室清洗方法，其中所述的第一气态成分主要由所述的含氟化合物构成。
6.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分至少含有约75％的O2。
7.如权利要求6所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分至少含有约90％的O2。
8.如权利要求6所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分包含化学式为XyFz的含氟化合物。
9.如权利要求8所述的处理室清洗方法，其中所述第二气态成分的所述含氟化合物是从主要由NF3和SF6构成的组中选择的。
10.如权利要求8所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分的所述含氟化合物为SF。
11.如权利要求10所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分是约90％的O2和10％的SF6。
12.如权利要求6所述的处理室清洗方法，其中所述的第二气态成分主要由O2构成。
13.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中由第一气态成分形成等离子体以提供从处理室内表面去除硅和硅基化合物的第一蚀刻等离子体的方法操作进一步包括保持约2mTorr至5mTorr之间的室压；向处理室施加约1000W的TCP功率；以约每分钟50标准立方厘米(sccm)至约40sccm的流量向处理室中引入第一气态成分。
14.如权利要求1所述的处理室清洗方法，其中向处理室中引入包含至少约50％的O2的第二气态成分的方法操作进一步包括在处理室中保持约10mTorr至100mTorr之间的压力；以及监视处理室的内部，监视处理室内表面上的碳基化合物是否达到了预定的水平。
15.如权利要求14所述的处理室清洗方法，其中向处理室中引入包含至少约50％的O2的第二气态成分的方法操作进一步包括以约每分钟100标准立方厘米(sccm)至约600sccm的流量向处理室中引入第二气态成分；以及施加约800W至1500W之间的TCP功率。
16.一种执行两步式现场清洗处理的等离子处理系统，包括处理室，其具有进气口，用于引入第一清洗气体和第二清洗气体，第一清洗气体优化为去除沉积在处理室内表面上的硅基副产物，第二清洗气体优化为去除处理室内表面上的碳基副产物；以及顶部电极，用于由第一清洗气体生成第一等离子体，以执行所述现场清洗处理的第一步骤，然后在所述第一步骤完成之后由第二清洗气体生成第二等离子体；可变电导计，用于独立于处理气体的流量而控制处理室内的压力，该可变电导计位于处理室的出气口上；光学发射光谱仪(OES)，用于检测处理室中执行的两步式现场清洗处理的各个步骤的终点，所述OES与处理室相通信；以及抽气系统，用于在所述两步式现场清洗处理的各个步骤之间抽空处理室。
17.如权利要求16所述的处理室清洗方法，其中所述的第一清洗气体是含氟化合物，第二清洗气体是含氧化合物。
18.如权利要求16所述的处理室清洗方法，其中所述的OES监视器配置为检测与所述现场清洗处理中的第一步骤的硅基副产物以及所述现场清洗处理中的第二步骤的碳基副产物相对应的波长。
19.如权利要求16所述的处理室清洗方法，其中在处理室中各个处理操作之后执行所述的两步式清洗处理。
全文摘要
公开了一种采用多步无晶片自动清洗方法清洗处理室中的沉积残留物的方法。具体而言，该方法向处理室中引入具有至少约75％的分子式为X
文档编号B08B3/06GK1507502SQ02809386
公开日2004年6月23日 申请日期2002年5月3日 优先权日2001年5月4日
发明者布雷特·C·理查森, 布雷特 C 理查森, 翁, 文森特·翁 申请人:拉姆研究公司