专利名称：粘合的硅电极的清洁的制作方法
粘合的硅电极的清洁
发明内容
所提供的是一种清洁等离子体处理室的粘合电极组件的
方法，该组件包含具有暴露于等离子体的硅表面的硅构件、支撑构 件以及该硅表面和该支撑构件之间的粘合材料。气孔贯穿该支撑构 件和》圭构4牛。该方法包含用清洁溶液4姿触该石圭表面。通过乂人由以下 各项组成的ia中选出来的方法，防止该清洁溶液石皮坏该支撑构件和
/或粘合才才一+: y使用只4妄触该石圭表面的滚轴向该石圭表面施力口该清洁溶 -液；在向该石圭表面施加该清洁;容'液的同时对该支撑构4牛力口压；向石圭 表面施加一定量的该清洁溶液，以〗更在毛细管作用将该清洁溶液吸 入该石圭表面中的气孔并4妻触该粘合材^i"和/或支撑构件之前，该清洁 溶液蒸发；向该支撑构件和/或粘合材并+施加抗腐蚀剂；及其纟且合。
附图i兌明
图1显示了 4吏用滚轴向电才及组件的硅表面施加清洁溶液 的实施方式，该滚轴不4妻触该电才及组件的支撑构件或粘合材并+。图2显示了在向该电才及组件的石圭表面施加清洁溶液的过 程中，加压电才及组4牛的支撑构件的实施方式。
具体实施例方式在使用电极组件运行大量RF小时(使用射频能量产生该 等离子体的时间，以小时计)之后，使用过的硅电极组件呈现出刻蚀速率的下降和刻蚀一致性的偏差，这部分是由于黑石圭的形成。在 等离子体处理才喿作中，因为沉积在该表面上的污染物的樣史4奄蔽， "黑硅，，可能在暴露于等离子体的硅表面上形成。受黑硅形成影响
的具体的等离子体处理条件包括适中的RF功率下的高氮、低氧以及 CxFy浓度，如在低k电介质通孔刻蚀过程中所用的。该孩i掩蔽表面 区域的尺寸可以在约10纳米到约10微米之间。尽管不希望被任何特 定理论束缚，我们相信，在硅电极暴露于等离子体的表面形成黑硅 是在等离子体处理操作中该硅电极上非连续聚合物沉积的结果。刻 蚀性能的下降是由于该电招j且件的石圭表面的形态的改变以及该电 极组件的硅表面的污染物，两者都是电介质刻蚀过程的产物。在刻蚀半导体基片上的电介质材并牛(比如氧^^圭或^f氐k 电介质材料层)的主要的刻蚀步骤中，非连续聚合物沉积可以在接 触等离子体的表面(例如硅制上电极的底部表面)上形成。该聚合 物沉积通常形成三维的、岛形的形成物，其选择性地/隊护下面的表 面免于,皮刻蚀。 一旦形成4十形的形成物之后，聚合物沉积物优先在 针的末端形成，由此加快在后续基片的主要刻蚀步骤中该微掩蔽机 制和黑硅的蔓延。该微掩蔽表面区域(一个或多个)中不一致的、 各向异性的刻蚀导致在该表面上形成间隔^艮近的、针形的或杆形的 特征。这些特征可能会阻止光从该硅表面的改动过的区域上反射， 这导致那些区域有黑色的外观。该类似于针的微特征间隔很近而且 长度通常为约10纳米(O.OU效米)到约50,000纳米(50樣1米)(且在 有些情况下，可以长达约l毫米甚至更长)，并且宽度通常为约10纳 米到约5(M鼓米。通过清洁电极组件的硅表面，可以将处理窗口的刻蚀速 率和刻蚀一致性恢复到可以接受的水平。为了不破坏该电极组件的 支撑构件和/或粘合材料，如下所述，优选地，该支撑构件和/或粘
合材津+不4妄触该清洁;容液。例如Lam 2300 Exelan 、 Lam Exelan HPT禾口Lam 2300 Exelan FlexTM )可以包含包4舌出气口的石圭喷'淋头 电极组件。如在共同持有的美国专利6,376，385中(其内容通过参考 全部并入此处)所揭露的，用于在其中处理半导体基片(如单个晶 片)的等离子体反应室的电极组件可以包括支撑构件或支撑环(例 如，由石墨或铝制成的)、电才及(比如具有圓盘形式的石圭喷'淋头电 才及)以及该支7K构4牛和该电才及之间的弹'性体4妾头(elastomeric joint )。 该弹性体^妄头允^午该支岸义构<牛和该电才及间的移动以适应该电才及纟且 件温度周期变化带来的热膨胀。该弹性体4妄头可以包括导电和/或导 热的填充剂(filler)以及催化剂固化(catalyst-cured)聚合物，该 聚合物在高温下是稳定的。例如，该弹性体接头的粘合材料(例如 含石圭粘合材料)可以包含石圭;时脂和铝合金^分末填充剂。
而且，电才及组4牛可以包含外部电才及环或外部电才及构件， 其围绕内部电才及并可选地由电介质材一牛形成的环将其与内部电才及 隔离。该外部电才及构4牛可用于扩展该单晶石圭电才及以处J里更大的晶 片，比如300毫米晶片。类似于该内部电才及，优选:l也，该外部电才及 构件拥有支撑构件，例如，该外部环可包含电性4妻地的环，该外部 电才及构件弹性体粘合于该环。该内部电才及和/或外部电才及构件的该支 撑构件具有安装孔，以安装在电容耦合等离子体处理工具中。优选 地，该内部电才及和外部电才及构件两者都是由单晶^f圭组成的，以4吏电 才及组件污染物最少。该外部电极构件可以由许多段(例如六,炎)以 环形结构排列的单晶硅组成，每一段都粘合(例如弹性体粘合)于 一个支撑构件。而且，该环形结构中相邻的段可以重叠，其中相邻 的,更之间有空隙或4妄头。
要施加于该电极组件的硅表面的清洁溶液包含各种活性 化学品，例如酸(比如氢氟酸)，以溶解杂质。尤其是，共同持有 的7>开号为2006/0138081 Al、 2006/0141787 Al和2006/0141802 Al的美国专利申请(其内容通过引用全部并入此处)揭露了用于清洁电 极组件的硅表面的酸性清洁溶液。
通过如下方式防止该清洁溶液石皮坏该支撑构4牛和/或粘 合材一牛4吏用只4妄触该石圭表面的 一个或多个滚轴向该石圭表面施加该 清洁溶液；在向该》圭表面施加该清洁;容液的同时对该支撑构4牛中的 气孔加压；向该石圭表面施加一定量的清洁溶液以^更在毛细管作用将 该清洁溶液吸入该石圭表面中的气孑L之前4吏该清洁:;容液蒸发；向该支 撑构件和/或粘合材料施加抗腐蚀剂及其组合。[OOll]在一个实施方式中，如图1所示，当^f吏用不与该支撑构件 80或并'占合才才泮牛904妄触的;^哀4由30、 40、 50、 60、 70向i亥电才及纟J/f牛的石圭 表面20施力口清洁溶液10时，优选地，在用该滚轴30、 40、 50、 60、 70 "妄触该石圭表面20)向该石圭表面20施加该清洁〉容'液10的过禾呈中， 该电才及组件^皮定向为该石圭表面20朝下，其中该石圭表面20支撑在该;衮 轴30、 40、 50、 60、 70上，在该清洁溶液10的上表面上方，且该滚 4由30、 40、 50、 60、 70的才目只t個'讨妄触或岳卩分〉、曼;^殳于i亥5青洁溶-液10。 优选地，该滚轴涂有耐化学腐蚀的材料(比如Teflon⑧(聚四氟乙烯) 和/或聚乙烯醇，其耐酸的4匕学腐蚀)或由耐化学腐蚀的材一+制成。
在另一个实施方式中，如图2所示，在向石圭表面20施加清 洁溶液10的过程中可以对该支撑构件80加压。尤其是，在向硅表面 20施加清洁溶液10的过程中，对完全穿过该电极组件的该支撑构件 80和石圭表面20的气孔力口压。更准确;也i兌，该方法可包4舌在夹具中支 撑该组件，其中该夹具包含具有进气口的盖；密封该组件上的盖以 在该支撑构件的背部上方和该盖的下方t是供气密区i或；以及在向该 石圭表面施力卩该清洁溶液的过禾呈中通过该进气口向该气密区i或提供 气体以对该支撑构件中的该气孔加压。
优选地，由气体源用空气和/或氮气对该支撑构件80中的 气孑L力口压，例如，在每分钟约1-10立方英寸(CFM)的压强下。如 图2所示，施加足够大的压强100以抵消可能会将该清洁溶液10吸入 该硅表面20中的气孔的毛细管作用。或者，用稳定的气流完全吹透 该电才及组件中的气孔，以1更气体进入该支撑构件中的气孔并乂人该电 才及纟且件的石圭表面的气3Lp欠出，以防止4壬<可清洁溶液一皮吸入该石圭表面 中的气孔。优选地，通过擦4式，例如， -使用用该清洁溶液湿润过的 4察布擁、沐，向该石圭表面20施力口该清洁〉容液10 ，而不是允i午该电才及组 4牛的石圭表面20浸入或》文入该清洁溶液l0中。在一个进一步的实施方式中，向该石圭表面施力。U尤选;也 通过擦拭)的清洁溶液的量，可以是有限的，以便在毛细管作用将 该清洁溶-液吸入该石圭表面中的气孑L之前，向该石圭表面施力口的一定体 积的清洁溶液(例如异丙醇、乙醇或其它合适的溶剂)蒸发。例如， 使用用有限量的清洁溶液湿润过的4察布在该硅表面上擦拭。在又一个实施方式中，可以向该支撑构4牛和/或粘合才才才+ 施加抗腐蚀剂。例如，优选地，该抗腐蚀剂粘合于该支撑4反(例如 铝支撑板)并防止清洁溶液与该支撑板的表面和该支撑板中气孔的 内部发生反应。优选地，该抗腐蚀剂是从由香草醛、羟氨千青霉素、 pentyloxicillin、 7又氰胺及其混合物组成的组中选4奪出来的。用香草醛进行铝重量损失的一企测。首先，将0.2996克铝 试样浸入85毫升H20和15毫升37。/。的HC1中1个小时，吹干，然后称 重。浸过之后，该铝试样重0.0621克，意p未着在酸中浸泡带来了 79.3% 的重量损失。接下来，将4克香草醛溶解于85毫升H20,然后在该溶 液中4参入15毫升37。/。的HC1。将0.2755克铝试样浸入该溶液中l个小 时，吹干，然后称重。浸过之后，该铝试样重0.2514克，意p未着在 包含香草醛的酸中浸泡带来了仅仅8.7%的重量损失。与铝重量损失 的才企测(在其中抗腐蚀剂一皮包括在酸溶液中)相反，优选地，在向该石圭表面施加该清洁〉容液之前，通过在一个独立步-骤中向该支4掌构 件和/或粘合材^牛施加抗腐蚀剂，防止清洁;容液^皮坏粘合的电招J且件 的该支撑构件和/或粘合材料。在该电^ L组件的该石圭表面纟皮朝下支撑的情况下，向该石圭 表面施力o的过多的清洁;容液/人该石圭表面滴落后可以再一皮收集起来， 而不是流向该支撑构件或粘合材料。优选地，如果接触到该清洁溶 液的话，立即用去离子水对该支撑构件和粘合材料进行清洁。另夕卜， 可以通过在用该清洁溶液清洁之前用掩蔽材料和/或耐化学腐蚀的 带进行遮盖，保护暴露的电极组件粘合材料。为了补偿该清洁溶液与该支撑构件或粘合材料的意外接 触而使用的其他手段包括用去离子水漂洗该电极组件、用去离子水 进行超声清洁以及干燥该电极组件。在夹具内支撑该电极组件，该 硅表面朝下，优选地，从该支撑构件向下到该硅表面用去离子水漂 洗该电^J且件。优选地，如果有气孔的话，也用去离子水漂洗气孔， 去离子水流入该支撑构件的气孔并流出该电极组件的硅表面的气 孔，其中在夹具内支撑该电极组件，该硅表面朝下。类似地，在夹 具内支撑该电才及组件，该石圭表面朝下，优选地，用压缩的、过滤过 的氮气干燥该电极组件，从该支撑构件向下吹拂该硅表面。如果有气孔的话，优选地，还使用压缩的、过滤过的氮气干燥该气孔，其
的气孔吹出，其中该电极组件支撑在夹具中，硅表面朝下。最后， 优选地，在最终4t睑和包装之前，在干燥箱内烘烤该电才及组件。优选地，清洁完之后检查该电极组件以确保清洁过的电 极组件符合产品规格。检查可包括测量，例如，尺寸(例如厚度)、 表面粗糙度(Ra，例如，16微英寸或者更小，优选地8微英寸或者 更小)、表面清洁度(电感耦合等离子体质谱分析)、用例如(^111@+ 表面粒子检测器(由加利福尼亚州利佛莫尔的五角科技公司 (Pentagon Technologies )生产)测量的表面冲立子计凄t、表面形态(例 如通过扫描电子显纟鼓镜(SEM)测量的)以及黑石圭凹陷和刻蚀深度 的测量。而且，优选地，测量恢复过的电极组件的等离子体刻蚀室 的性能以确保恢复过的电极组件呈现出可接受的刻蚀速率和刻蚀 一致性。尽管本说明书具体参考了弹性体粘合的等离子体处理室 元件(更准确的i兌，弹性体粘合的电一及组件)，然而本文所揭露的 方法广泛适用于任何元件(例如4争电卡盘)，其中该元件包含可以 用溶液(例如酸溶液)清洁的表面，该元件的其它区i或或表面对该 溶液是壽丈感的。尽管描述了各种实施方式，应当理解，可以实现变种和 修改，这对熟悉本领域的技术人员来说显而易见。这些变种和修改 将被认为是在所附权利要求的权限和范围之内。
权利要求
1.一种清洁等离子体处理室的粘合电极组件的方法，该组件包含具有暴露于等离子体的硅表面的硅构件、支撑构件和该硅表面和该支撑构件之间的粘合材料且其中气孔贯穿该支撑构件和硅构件，该方法包含(a)用清洁溶液接触该硅表面；以及(b)通过从由以下各项组成的组中选出来的方法，防止该清洁溶液破坏该支撑构件和/或粘合材料(i)使用只接触该硅表面的滚轴向该硅表面施加该清洁溶液；(ii)在向该硅表面施加该清洁溶液的同时对该支撑构件加压；(iii)向硅表面施加一定量的该清洁溶液，以便在毛细管作用将该清洁溶液吸入该硅表面中的气孔并接触该粘合材料和/或支撑构件之前，该清洁溶液蒸发；(iv)向该支撑构件和/或粘合材料施加抗腐蚀剂；以及(v)其组合。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中该支撑构件包含铝。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中该支撑构件包含石墨。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中该粘合材料包含弹性体粘合 材料。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中该粘合材料包含硅聚合物和 铝合金4分末i真充剂。
6. 才艮据权利要求1所述的方法，其中该清洁溶液包含酸溶液。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中该清洁溶液包含氢氟酸。
8. 才艮据4又利要求1所述的方法，其中在向该硅表面施加该清洁;容 液的过考呈中，该组件^皮定向为该,圭表面朝下。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中^f吏用两个或更多接触该硅表 面的卩衮4由向i亥石圭表面施力口i亥^青洁溶液。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中该硅表面被支撑在该滚轴 上，在该清洁溶液的上表面上方，且该滚轴部分浸于该清洁溶 液中。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中该滚轴涂有聚四氟乙烯和/ 或聚乙烯醇，禾口 /或该〉衮轴由聚四氟乙歸和/或聚乙》希醇制成。
12. 才艮据片又利要求8所述的方法，进一步包含在包含盖的夹具中支撑该组件，其中该盖包含进气口；密封该组件上的盖以在该支撑构件的背部的上方和该盖 的底部的下方提供气密区域；以及在向该石圭表面施力口该清洁溶液的过程中，通过该进气口 向该气密区域j是供气体以对该支撑构件加压。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中该气体是从由空气、氮气 及其混合物《且成的《且中选出来的。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中施加足够的压强以抵消可 以将该清洁溶液吸入该石圭表面中的气孔的毛细管作用。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中使稳定的气流吹过该电极 组件中的气孔。
16. 才艮据4又利要求15所述的方法，其中向该支撑构件施加约 l-10CFM的气体。
17. 才艮据斥又利要求8所述的方法，其中向石圭表面施加一定量的该清 洁、溶'液包括 使用用该清洁;容液湿润过的4察布擁4式该-圭表面，以 便在毛细管作用将该清洁溶液吸入该硅表面中的气孔并接触 该粘合材冲十和/或支撑构件之前，该清洁溶液蒸发。
18. 才艮据外又利要求1所述的方法，其中在向该石圭表面施加该清洁;容 -液之前，向该支4掌构4牛和/或粘合才才泮+施力i^元腐々虫剂。
19. #4居—又利要求18所述的方法，其中该支撑构件包含铝且该抗 腐蚀剂防止铝的腐蚀。
20. 根据权利要求18所述的方法，其中该抗腐蚀剂是从由香草醛、 羟氨千青霉素、pentyloxicillin、双氰胺及其混合物组成的组中 选出来的。
全文摘要
清洁等离子体处理室元件的方法，包括用清洁溶液接触该硅表面，同时避免该清洁溶液对该元件的其他表面或区域造成的损害。一种待清洁的示例性等离子体处理室元件是弹性体粘合电极组件，其具有暴露于等离子体的硅表面的硅构件、支撑构件和该硅表面和该支撑构件之间的粘合材料。
文档编号H01L21/306GK101647097SQ200880010263
公开日2010年2月10日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年3月30日
发明者斯特芬·惠藤, 言 方, 杜安·奥特卡, 杰森·奥古斯蒂诺, 洪·希赫, 阿芒·阿沃扬 申请人:朗姆研究公司