一种用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法
【专利摘要】一种用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法，所述等离子处理装置至少包括两个腔室，每个腔室在较低位置处设有一个阴极，在所述阴极上连接有射频功率源，基片放置于腔室上进行制程，其中，所述方法包括如下步骤：(a)通入第一制程气体至多个腔室，同时施加第一频率于多个腔室，以激发等离子体分别对基片执行第一制程；(c)施加第二频率于先完成制程的腔室，以维持等离子体于刚好不熄灭状态；（e）通入第二制程气体至多个腔室，同时施加第三频率于多个腔室，以激发等离子体分别对基片执行第二制程。本发明能够显著改善等离子处理腔室的颗粒污染，并且提高了制程的稳定性和效率。
【专利说明】—种用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于多腔室等离子处理装置的减少颗 粒污染的方法。
【背景技术】
[0002]等离子处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和等离子平板的基 片的加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀剂源气体的反应气 体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来激发和维持等离子体， 以便分别刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片和等离 子平板进行加工。
[0003]在包括多腔室等离子处理装置中，多个腔室上承载的基片同时进行同一制程反 应。以两个腔室的等离子处理装置为例，其包括两个腔室的两个反应腔室具有相同的制程 压力，通入相同的制程气体，通入射频能量对制程气体进行等离子激发，以在同一时刻开始 进行同一制程，待该制程完成以后再进入下一制程。然而，由于两个反应腔室的结构、功能 以及其他因素的影响，其中的两个腔室上承载基片的制程程度不可能完全一致，往往其中 一个反应腔室首先完成制程，而另一反应腔室尚在制程中。现有技术的做法是，切断首先完 成制程的反应腔室的射频能量以熄灭等离子体，待另一反应腔室也完成制程后，再同时切 换进入下一制程。
[0004]然而，短时间内关掉等离子体容易产生颗粒(particle)污染。颗粒污染是衡量等 离子体处理设备性能的重要指标之一，颗粒掉落在基片上会造成工艺缺陷，甚至导致基片 作废。
[0005]并且，由于首先完成制程的反应腔室切断了射频能量以熄灭等离子体，因此进入 下一制程的时候还需要重新点燃等离子体。本领域技术人员应当理解，点燃等离子体至制 程所需的等离子体浓度需要一个启辉阶段(strike)。启辉阶段需要一定时间和高压力，并 且其产生的等离子体不稳定，为制程增加了不稳定因素。
[0006]为克服现有技术的上述缺陷，提出本发明。
【发明内容】
[0007]针对【背景技术】中的上述问题，本发明提出了一种用于多腔室等离子处理装置的减 少颗粒污染的方法。
[0008]本发明第一方面提供一种用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法，所 述等离子处理装置至少包括两个腔室，每个腔室在较低位置处设有一个阴极，在所述阴极 上连接有射频功率源，基片放置于腔室上进行制程，其中，所述方法包括如下步骤:
[0009](a)，通入第一制程气体至多个腔室，同时施加第一频率于多个腔室，以激发等离 子体分别对基片执行第一制程；
[0010](C)，施加第二频率于先完成制程的腔室，以维持等离子体于刚好不熄灭状态；[0011](e)，通入第二制程气体至多个腔室，同时施加第三频率于多个腔室，以激发等离 子体分别对基片执行第二制程。
[0012]具体地，执行步骤(C)，以维持等离子体于lE6cm_3于lE12cm_3之间。
[0013]进一步地，在所述步骤(a)之后和所述步骤(c)之前还包括步骤(b):
[0014]通入辅助气体至先完成制程的腔室。
[0015]进一步地，在步骤(C)之后和所述步骤(e)之前还包括步骤(d):
[0016]停止通入辅助气体至先完成制程的腔室。
[0017]进一步地，所述辅助气体包括惰性气体。
[0018]进一步地，所述步骤(a)和步骤(C)的执行时间以及所述第一频率和第三频率分 别根据第一制程和第二制程来确定。
[0019]进一步地，所述第二频率低于所述第一频率和所述第三频率。
[0020]进一步地，所述第二频率的取值范围为100W?300W。
[0021]进一步地，所述步骤(C)的执行时间的取值范围为Is?10s。
[0022]进一步地，在所述步骤(C)之后，步骤(e)之前执行如下步骤:
[0023]-施加等待频率于多个腔室，以维持等离子体。
[0024]本发明提供的用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法，将首先完成 第一制程的反应腔室的射频能量调整到最低，以维持等离子体于不熄灭状态，待其他反应 腔室也完成第一制程以后一起进入第二制程。本发明能够显著改善等离子处理腔室的颗粒 污染，并且提高了制程的稳定性和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是包括多腔室的并行等离子处理装置100的结构示意图；
[0026]图2是根据本发明的一个具体实施例的衬垫刻蚀流程图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0028]图1包括多腔室的并行等离子处理装置100的结构示意图，其中，并行等离子处 理装置包括两个腔室，第一腔室105a和第二腔室105b，第一腔室105a和第二腔室105b通 过隔离壁107被物理地隔开。其中，腔室体通常由导电的金属材料(如铝)制成。第一腔室 105a和第二腔室105b各具有一个基座，第一基座103a和第二基座103b，每个基座上分别 放置第一基片Wl和第二基片W2以便进行工艺处理。在每个腔室的腔室顶部设置有气体喷 淋头102a和102b，反应气体通过气体源101从处理腔室的顶部分别进入第一腔室105a和 第二腔室105b。反应气体能够被激发在上下电极之间分别形成。第一射频功率源104a和 第二射频功率源104b分别连接于设定与第一基座103a和第二基座103b中的下电极，以形 成高频能量点燃和维持等离子体。第一腔室105a和第二腔室105b还分别包括一约束环(未 示出)，用于将制程粒子分别约束在第一制程区域Pl和第二制程区域P2内。在等离子体处 理装置100的下方连接有一个真空泵106，用于将处理过程中将用过的反应气体及副产品 气体抽出制程区域。此外，还采用压力均衡机制来平衡两个处理区域Pl和P2之间的压力。 室体(包括隔离壁107)被接地，从而在两个处理区域Pl和P2之间提供电场隔离，有助于避免射频串扰。
[0029]下面结合本发明一个具体实施例，以衬垫刻蚀(Pad Etch)制程为例对本发明进行 说明。其中，第一腔室105a和第二腔室105b在同一时刻同时进行衬垫刻蚀制程。
[0030]图2示出了根据本发明的一个具体实施例的衬垫刻蚀流程图。图2，本发明提 供了一种用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法，其中，所述方法包括如下步 骤:
[0031]首先执行SI，通入第一制程气体CF4和O2至第一腔室105a和第二腔室105b，同时 施加第一频率于第一腔室105a和第二腔室105b，以激发等离子体于第一制程区域Pl和第 二制程区域P2分别对基片Wl和W2执行第一制程，即防反射层304开口刻蚀。
[0032]具体地，参见附图2(a)，附图标记301指示的是衬底，在衬底301之上为氮化硅层 (SiN) 302，在氮化硅层(SiN) 302之上依次为氧化层303和防反射层304。在防反射层304 上设置有图形化的光刻胶层305，其覆盖住刻蚀目标防反射层的两边，中间露出一定宽度的 开口。第一制程的目标是防反射层304开口刻蚀，则以光刻胶层305为掩膜(mask)，利用 第一制程气体CF4和O2激发产生的等离子体轰击防反射层304，获得如图2 (b)所示的开口 (opening)。
[0033]虽然第一腔室105a和第二腔室105b同时开始执行同一制程工艺，制程条件完全 相同，但是必然有一个腔室首先完成者制程，假设第一腔室105a的基片Wl先到达刻蚀终点 (endpoint)o
[0034]然后执行步骤S3，施加第二频率于先完成制程的第一腔室105a，以维持等离子体 于刚好不熄灭状态。此时，第一制程气体CF4和O2仍然保持通入至第一腔室105a。
[0035]需要说明的是，所述“刚好不熄灭的状态”是指等离子体刚刚好点燃而维持不熄灭 的临界状态，使得即使再进行制程处理也不用再经过启辉阶段。
[0036]进一步地，“刚好不熄灭的状态”具体指维持等离子体于lE6cm_3于lE12cm_3之间。
[0037]此外，由于第一制程气体CF4和O2仍然保持通入至第一腔室105a，其必然继续激 发产生等离子体持续进行制程反应，但是由于等离子体浓度很低，刻蚀速率很慢，所以可以 看作为对制程没有影响。
[0038]最后执行步骤S5，通入第二制程气体至第一腔室105a和第二腔室105b，同时施加 第三频率于第一腔室105a和第二腔室105b，以激发等离子体分别对基片执行于第一制程 区域Pl和第二制程区域P2分别对基片Wl和W2第二制程。
[0039]具体地，参见附图2(c)，第二制程的目标是对氧化层303进行进一步刻蚀，其中， 第二制程气体为C4F8和02。
[0040]需要说明的是，待第二腔室105b完成第一制程之后，可以立刻同时对第一腔室 105a和第二腔室105b输入第二制程气体进行第二制程，由于施加第二频率于先完成制程 的第一腔室105b，以维持等离子体于刚好不熄灭状态，则第一腔室105a在进入第二制程之 前不需要再经过启辉阶段，减少了制程的不稳定因素。此外，由于第一腔室105a并没有在 短时间内关掉等离子体，也不会有此产生颗粒污染。
[0041]可选地，在所述步骤SI之后和所述步骤S3之前还包括步骤S2:通入辅助气体至 先完成制程的腔室105a，即停止第一制程气体的输入，另外输入辅助气体专门用于维持等 离子体于刚好不熄灭状态。[0042]因此，在步骤S3之后和所述步骤S5之前还包括步骤S4:停止通入辅助气体至先 完成制程的腔室105a，以便等待输入第二制程所需的第二制程气体。
[0043]进一步地,所述辅助气体包括惰性气体,例如,IS气(Ar)、氦气(Helium)等。
[0044]进一步地，所述步骤SI和步骤S3的执行时间以及所述第一频率和第三频率分别 根据第一制程和第二制程来确定。在本实施例中，步骤S3的执行时间为5秒。
[0045]进一步地，所述第二频率低于所述第一频率和所述第三频率。
[0046]具体地，所述第二频率的取值范围为100W?300W。
[0047]进一步地，所述步骤(b)的执行时间的取值范围为Is?10s。
[0048]此外，利用真空处理装置对基片进行制程处理往往包括多个制程步骤，因此可以 重复实施本发明，以取得多个步骤之间的制程稳定。例如，在附图2(c)所示的第二制程之 后还需要执行第三制程，即对氮化硅层302进行刻蚀，达到附图2 (d)所示的深度，第三制程 气体为0匕和012&。接着，执行第四制程，如图2(e)所示还需要剥除光刻胶，第四制程气体 为02。因此，在第二制程和第三制程之间以及第三制程和第四制程之间都可以执行一次类 似步骤S2，即施加较低频率于先完成制程的腔室，以维持等离子体于刚好不熄灭状态。
[0049]进一步地，在所述步骤S (3)之后，步骤S (5)之前执行如下步骤:
[0050]-施加等待频率于多个腔室，以维持等离子体。
[0051]具体地，即在执行完施加较低频率先完成第一制程的第一腔室105a以维持等离 子体于刚好不熄灭状态之后，还可以同时执行上述步骤于第一腔室105a和第二腔室105b， 这样，由于残余气体产生的等离子体就足够过度到第二制程，第二腔室105b也不需要经过 启辉阶段就可以进入第二制程。
[0052]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。
【权利要求】
1.一种用于多腔室等离子处理装置的减少颗粒污染的方法，所述等离子处理装置至少 包括两个腔室，每个腔室在较低位置处设有一个阴极，在所述阴极上连接有射频功率源，基 片放置于腔室上进行制程，其中，所述方法包括如下步骤:(a)，通入第一制程气体至多个腔室，同时施加第一频率于多个腔室，以激发等离子体 分别对基片执行第一制程；(C)，施加第二频率于先完成制程的腔室，以维持等离子体于刚好不熄灭状态；(e)，通入第二制程气体至多个腔室，同时施加第三频率于多个腔室，以激发等离子体 分别对基片执行第二制程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行步骤(C)，以维持等离子体于lE6cnT3 于IE12cm 3之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)之后和所述步骤(c)之前 还包括步骤(b):通入辅助气体至先完成制程的腔室。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(C)之后和所述步骤(e)之前还包 括步骤⑷:停止通入辅助气体至先完成制程的腔室。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述辅助气体包括惰性气体。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)和步骤(c)的执行时间以及 所述第一频率和第三频率分别根据第一制程和第二制程来确定。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二频率低于所述第一频率和所述第三频率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二频率的取值范围为IOOW?300W。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)的执行时间的取值范围为 Is?10s。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(C)之后，步骤(e)之前执行 如下步骤:-施加等待频率于多个腔室，以维持等离子体。
【文档编号】H01J37/32GK103578904SQ201210249772
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月18日 优先权日:2012年7月18日
【发明者】陶铮, 松尾裕史, 曹雪操 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司