专利名称：用于从晶片背面及边缘移除聚合物的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以在等离子体增强蚀刻处理之后，从晶片边缘和背面移除聚合 物而且不会损害晶片正面上的脆弱薄膜的方法与设备。
背景技术：
等离子体增强蚀刻处理是用来蚀刻半导体晶片上的薄膜结构。用来蚀刻诸如 二氧化硅等电介质薄膜的等离子体增强蚀刻处理，是使用氟碳及氟氢化合物的处理气 体。此类处理气体会分裂成富含氟的蚀刻剂物质以及富含碳的聚合物物质。如同本领域 中所知悉的，蚀刻剂物质可执行想要的蚀刻作用，而聚合物物质则提供想要的钝化作用 (passivation) 0聚合物物质会沉积在晶片正面以及晶片背面暴露出来的边缘部份。由于 晶片的边缘部份可能在蚀刻过程中暴露出来，因此在某些情况下，可能在晶片背面发生聚 合物沉积作用。可采用连续等离子体处理步骤的常规处理来移除沉积在晶片正面上的聚合 物。然而，由于晶片背面被遮蔽住而无法受到等离子体离子轰击，所以至少有部分的背面聚 合物膜层无法移除。这些背面聚合物膜层不受控制的累积，而可能成为后续等离子体处理 步骤中的污染来源。本发明发明人意欲通过在等离子体蚀刻处理的结束时移除背面聚合物 来避免此类污染。但问题在于如何实现背面聚合物的移除。可以进行特殊的蚀刻处理来移除背面聚合物。但是问题在于晶片正面上具有一些 脆弱的薄膜材料，有些薄膜材料可能已在先前的电介质蚀刻步骤中暴露出来。脆弱的薄膜 材料可能例如是超低电介质常数(ULK)材料。此类超低电介质常数材料可能(如同背面聚 合物)包含相对高含量的碳，因此当材料暴露在能够移除背面聚合物的等离子体化学物质 中时，容易受到蚀刻影响或损害。当将晶片暴露在能够移除背面聚合物的环境中时，很难或 是不可能做到不损伤晶片正面上的ULK膜。
发明内容
在一个实施例中，通过将晶片的背面放置在支撑表面上且暴露出该晶片背面的边 缘环形区域，并且提供穿过处理室的圆筒状侧壁而延伸进入该处理室内的拱形侧边气体注 入喷嘴，而从该晶片背面移除聚合物；该拱形侧边气体注入喷嘴具有拱形气体注入区，该 拱形气体注入区沿着邻近该晶片边缘的弧形而分布，并且该弧形具有小于180度的有限弧 角。在一个实施例中，朝向顶壁气体分配板来升高该支撑表面和晶片，使其经过该拱形侧边 气体注入喷嘴，而将晶片正面限制在晶片正面和处理室顶壁之间的小间隙中。在远程等离 子体源中以包括含氧物质的处理气体来产生等离子体副产物，并且经由拱形侧边气体注入 喷嘴的拱形气体注入区将所产生的等离子体副产物导入处理室中，使得该晶片背面被该弧 角所涵盖的部分暴露至等离子体副产物中，而从晶片背面移除聚合物，同时连续旋转该晶 片。通过导入净化气体通过位于顶壁处的气体分配板，来避免等离子体副产物进入该晶片 正面和该顶壁之间的间隙中，且该顶壁面向该晶片正面。在一个实施例中，可通过降低支撑表面和晶片，使其远离顶壁气体分配板而至低于拱形侧边喷嘴的位置处，以移除晶片正面的光阻。停止通过顶壁气体分配板的净化气体 流，同时引导来自远程等离子体源的等离子体副产物通过拱形侧边气体注入喷嘴，使得该 晶片正面被该弧角所涵盖的部分暴露在等离子体副产物中，同时连续旋转该晶片。
为了详细了解并且获得本发明实施例，参照附图中所示的实施例将详细说明的如 上所概括的发明。并且了解到，本文未对已知的处理步骤进行讨论，以避免模糊本发明。图IA是根据本发明一个实施例的反应器的正视图，其具有可旋转和升降晶片的 支撑底座，该支撑底座相对于拱形侧边喷嘴而言位于升高位置，用以从晶片背面移除聚合 物。图IB是对应于图IA的平面图。图IC是对应于图IA的正投影图。图2是比较在不同分配喷嘴弧形下处理气体对晶片的覆盖率。图3是图IA的反应器的正视图，其晶片支撑底座位于下降位置，用以从晶片正面 移除光阻。图4是图IA的反应器的正视图，其晶片支撑底座位于中间位置。图5A、5B和5C分别是图IA反应器的拱形侧边喷嘴第一实施例的正投影图、正视 图和平面图。图6A、6B和6C分别是图IA反应器的拱形侧边喷嘴第二实施例的正投影图、正视 图和平面7A、7B和7C分别是图IA反应器的拱形侧边喷嘴第三实施例的正投影图、正视 图和平面图。图8A、8B和8C分别是图IA反应器的拱形侧边喷嘴第四实施例的正投影图、正视 图和平面图。为了便于了解，尽可能地使用相同组件符号来表示各图中共同的相同组件。并能 理解到，无需进一步说明，可将一实施例中的组件和特征有利地并入其它实施例中。但需了 解的是，附图仅图示本发明的示范性实施例，因此不应视为是对本发明范围的限制，本发明 可能包含其它等效实施例。
具体实施例方式参阅图1A、1B和1C，提供一种从工件(例如半导体晶片)背面移除聚合物的反应 器。该反应器包含真空室100，真空室100是由圆筒状侧壁105、顶壁110以及底壁115所 包围，圆筒状侧壁105界定出对称轴线106，顶壁110支撑在侧壁105的顶部上，而底壁115 位于侧壁105的底部处。支撑底座120设置在真空室100的内部空间中，并具有面向顶壁 110的支撑表面120a，并且大体上与对称轴线106垂直。诸如半导体晶片122的平面工件 可放置在支撑表面120a上。支撑表面120a的直径小于晶片122的直径，使得晶片背面的 边缘部份(edge periphery)可以暴露出来。露出来的晶片背面边缘部份包括在先前蚀刻 处理步骤过程中在晶片背面上沉积有聚合物的边缘区域。底座120支撑在旋转轴125上， 该旋转轴沿着对称轴线106延伸穿过底壁115。旋转轴125可依据对称轴线106而旋转，并
5且可沿着对称轴线106移动，使得旋转轴125可相对于顶壁110而升高或下降。可压缩和 膨胀的升降波纹管(lift bellow) 127围绕着轴125，且波纹管127的底部密封至底板115， 而其顶部则密封至底座120的底部。旋转伺服130控制着轴125的旋转，以及升降机构135 控制轴125沿着对称轴线106的移动。主室真空泵137穿过底壁115连接至真空室100，以 控制真空室100内的压力。拱形侧边喷嘴140相对于对称轴线106沿径向(radial)方向延伸穿过侧壁105。 传统型的远程等离子体源(RPS) 145具有内部真空室146，以将由处理气体所产生的等离 子体保留在内部室146中，并且是从处理气体供应源152和154经由气体分配面板(gas distribution panel) 150供应处理气体。在内部室146内的等离子体中分裂的中性分子 和自由基经由拱形侧边喷嘴140而注入主室100中。虽然远程等离子体源RPS可能使用 任何适合的等离子体产生技术，但是图IA图示的远程等离子体源(RPS) 145具有环形等 离子体源(toroidal plasma source)，该环形等离子体源包含外部回流导管(reentrant conduit) 160，该外部回流导管160具有分别从室146相对两侧上的端口 162和164进入该 室146的一对末端。利用邻近或围绕着导管160且连接至射频(RF)源功率产生器168的 线圈166，将射频源功率耦合至回流导管160的内部。也可采用除了线圈166以外的传统技 术将RF功率耦合至回流导管160内。典型地，操作主室真空泵137，使室100与146之间维 持足够的压差，以从RPS室146中吸出等离子体副产物，而通过拱形侧边喷嘴140进入该主 室 100。为了提供能有效从晶片背面移除氟碳聚合物的等离子体副产物(例如中性分子 和自由基)，在一个实施例中，气体供应源152含氢气，同时气体供应源154供应水蒸汽。在 另一个实施例中，气体供应源154含二氧化碳，或是一氧化碳。在一个实施例中，顶壁110包含或支撑气体分配板180。顶壁气体分配板180包 含内部气体歧管182以及多个气体注入孔184，气体注入孔184与歧管182连通并且通往 室100。从净化气体供应源188经由气体供应管186并且通过控制阀189而提供净化气体 (purge gas)至歧管182。净化气体可能是不会与晶片正面上的ULK或其它材料反应的物 质，并且可能是诸如氦或氩等惰性气体，或是不会与聚合物反应的气体(例如氮气)。此特 征在晶片正面与顶壁110之间的区域中创造出正压力，而可避免处理气体或经由拱形侧边 喷嘴所导入的等离子体副产物到达晶片正面。此举能在移除背面聚合物的过程中保护晶片 正面上的敏感薄膜。控制器170管理出口阀189、真空泵137、旋转伺服130、升降伺服135、 RF产生器168以及气体分配面板150。图2的顶视图显示出拱形侧边喷嘴140以虚线标示的内部特征，包括围出拱形气 体流动通道141的喷嘴头140a以及多个间隔开来的气体注入喷嘴孔142，喷嘴孔142沿径 向向内地面向晶片122。喷嘴140的圆柱状导管143连接在RPS室146和拱形气体流动通 道141之间。如图IA和IB所示，拱形侧边喷嘴140的导管143延伸穿过室侧壁105，并且 喷嘴头140a完全被侧壁105所包围。在一个实施例中，导管143可能完全位于室100的外 部，同时喷嘴头140a延伸穿过侧壁105。以下将叙述数个实施例的其中一个，喷嘴140延伸大致相当于半圆或还小的弧 长。由于在喷嘴140和晶片122的边缘之间有一个小间距G，例如1至5毫米(参阅图2)， 喷嘴孔142喷洒气体或等离子体副产物在晶片122 (或晶片背面)的饼形区域的边缘部分
6上。举例而言，在图2中，饼形区域对应于角度约170度(角“A”)的弧形，但是在其它实 施例中，弧形可以还小。通过旋转晶片支撑底座120，可从晶片背面的整个边缘环形区域均 勻地移除聚合物。对于晶片的每次旋转来说，晶片背面上每个区域的暴露时间，是旋转速率 (RPM)的倒数乘上喷嘴140所涵盖的角A除以360度的比值暴露时间=[1/RPM][A/360]在一个实施例中，可通过增加侧边喷嘴140所涵盖的角A，来提高背面聚合物移除 蚀刻处理的蚀刻速度(产率)。虽然将该喷嘴开孔局限在一个非常窄的角度，例如5度，可 确保能获得集中且有效的聚合物蚀刻等离子体副产物气流，但会降低处理产率。本发明发 明人发现到，因增加角A所造成的等离子体副产物损失或扩散作用会比提高暴露时间所造 成的损失或扩散作用要来得小，因此可增加角A到某一点。当高于一个大弧形距离时，例如 大约A= 180度时，再进一步提高角A会造成更大的等离子体副产物损失或扩散作用。在 某些实施例中，这种损失会减低蚀刻速度，并且抵销掉因提高暴露时间获得产率增加的增 益效果。依据本发明发明人的发现，此处所揭示的拱形侧边喷嘴140实施例是落在暴露时 间与等离子体副产物损失之间的最适权衡范围(optimum trade-off)内，其中角A大体上 小于180度，但是大体上大于约20度。图IA图示反应器的底座120升高至拱形侧边喷嘴140的高度，或升高至稍高于拱 形侧边喷嘴140的高度，使得来自喷嘴140的等离子体副产物或蚀刻剂物质流向晶片背面。 然而，反应器可能用来移除晶片正面的光阻。为了达成此目的，降低底座120，以使晶片122 低于拱形侧边喷嘴140的高度(如图3所示)，使得来自喷嘴140的气体流向晶片正面。在 此实施例中，可以停止来自顶壁气体分配板的净化气体流。对于此种应用，具有较大弧角A 的拱形侧边喷嘴140的实施例在单一晶片旋转的过程中更能有效涵盖整个晶片表面。这是 因为背面聚合物移除处理所需要的等离子体副产物分布范围仅限于晶片背面的边缘环形 区域，而光阻移除处理所需要的等离子体副产物分布范围则要能够涵盖整个晶片正面。图4图示出反应器的晶片底座120升高到图IA上升位置和图3下降位置之间的 中间位置处。在此实施例中，拱形侧边喷嘴140面向晶片122的边缘。此种模式可用来移 除晶片背面及晶片边缘倾斜区域处的聚合物。图5A至5C图示拱形侧边喷嘴240的实施例，其为图IB的拱形侧边喷嘴140的修 改。图5A至5C的拱形侧边喷嘴240具有约30度的有限弧角B。拱形侧边喷嘴240主要是 用来移除背面聚合物。图5A至5C的喷嘴240具有圆形中空圆柱状气体供应导管200，该导 管200具有供应端200a和输出端200b。扇形喷嘴头210连接至导管输出端200b。扇形喷 嘴头210具有由扇形顶壁214、面向扇形顶壁214的扇形底壁216、第一角度平坦侧壁218 以及第二角度平坦侧壁219所包围的中空内部空间212。在一个实施例中，扇形顶壁214 和底壁216各自具有面向工件或晶片122(见图1A)的拱形边缘214a和216a。拱形边缘 214a和216a各自的曲率半径大致对应于工件或晶片122的半径。拱形边缘214a和216a 的曲率半径可能稍大于晶片的半径，曲率半径与晶片半径之间的差异相当于晶片122的边 缘和喷嘴拱形边缘214a和216a之间的间距G(见图2)。角度侧壁218和219在导管输出 端200b处朝向彼此会合，并且止于导管输出端200b处而界定出喷嘴头210面向导管输出 端200b的开口 215 (见图5B)。开口 215与导管输出端200b的部分200c相符合，喷嘴头开 口 215界定出部分200c。导管输出端200b的其余部分则以端盖201盖住。喷嘴头210的拱形边缘214a和216a所对应(subtend)的弧角小于45度。在所示的实施例中，该弧角约 为30度。图5A至5C的喷嘴240是利用传统制造技术使用石英或类似材料所制成。图6A至6C图示拱形侧边喷嘴340的实施例，其为图IB的拱形侧边喷嘴140的修 改。图6A至6C的喷嘴340具有约180度的大弧角C。拱形侧边喷嘴340是用来移除背面 聚合物和正面光阻两者。图6A至6C的喷嘴340具有圆形中空圆柱状气体供应导管300， 导管300具有供应端300a和输出端300b。环形喷嘴头310连接至导管输出端300b。环形 喷嘴头310具有由环形顶壁314、面向环形顶壁314的环形底壁316、环形外侧壁318以及 环形内侧壁319所圈围出来的中空内部空间312(图6C中的虚线所示)。环形内侧壁319 的曲率半径大致对应于工件或晶片122的半径。内侧壁319的曲率半径可能稍大于晶片的 半径，内侧壁的曲率半径与晶片半径之间的差异相当于晶片122的边缘和喷嘴内侧壁319 之间的间距G(见图2)。多个气体注入孔320延伸贯穿该环形内侧壁319并且与该喷嘴头 310的中空内部空间312连通。外侧壁318具有通向喷嘴中空内部空间312的开口 318a， 开口 318a连通且覆盖住导管输出端300b的部分300c。导管输出端300b的其余部分则以 端盖301盖住。喷嘴头310的内侧壁319所对应的弧角大于90度。在所示的实施例中，该 弧角约180度。图6A至6C的喷嘴是利用传统制造技术使用石英或类似材料所形成。图7A至7C图示拱形侧边喷嘴440的实施例，其为图IB的拱形侧边喷嘴140的修 改。图7A至7C的拱形侧边喷嘴440具有约30至60度的弧角D。图7A至7C的喷嘴440 具有圆形中空圆柱状气体供应导管400，导管400具有供应端400a和输出端400b。扇形喷 嘴头410连接至导管输出端400b。扇形喷嘴头410具有由扇形顶壁414、面向顶壁414的 扇形底壁416、第一角度平坦后侧壁418以及第二角度平坦后侧壁419所包围的中空内部空 间412。此外，拱形前侧壁420界定出分别位在喷嘴头410两侧处的一对输出端口 422和 424。拱形前侧壁420和气体输出端口 422、424面向图IA中所示的工件或晶片122。在一 个实施例中，扇形顶壁414和扇型底壁416分别具有拱形边缘414a和416a，拱形边缘414a 和416a配合拱形前侧壁420的弧形且面向图IA所示的工件或晶片122。拱形边缘414a 和416a以及拱形前侧壁420的曲率半径分别大致对应于工件或晶片122的半径。拱形边 缘414a、416a以及拱形前侧壁420的曲率半径可能稍大于晶片的半径，该曲率半径与晶片 半径之间的差异相当于晶片122的边缘和喷嘴拱形边缘414a、416a之间的间距G(见图2)。 角度侧壁418和419在导管输出端400b处彼此会合，并且止于导管输出端400b处，而界定 出喷嘴头410面向导管输出端400b的开口 415 (见图7B的虚线处)。开口 415跨越(span) 导管输出端400b中喷嘴头开口 415所界定的部分400c。导管输出端400b的其余部分则以 端盖401盖住。喷嘴头410的输出端口 422和424之间的弧角范围约介于30至60之间。 在所示的实施例中，该弧角约为30度。图7A至7C的喷嘴是利用传统制造技术使用石英或 类似材料所形成。图7A至7C的实施例有利于提供相对于该晶片边缘成正切的等离子体副 产物流，而与正向流向晶片处的气流有所区别。从晶片背面移除聚合物的过程中，此项特征 能减少所注入的等离子体副产物或气体被迫进入晶片到顶壁间之间隙狭窄区域内的趋势。 举例而言，在本文所述的各个实施例中，晶片至顶壁的间隙范围可能介在约1毫米(mm)至 10毫米之间。在某些实施例中，此种方式能减少晶片正面上的脆弱薄膜受到伤害的风险。图8A至8C图示第四个实施例，其为图7A至7C的实施例的修改，在此实施例中， 拱形前侧壁420设有多个贯穿侧壁420的气体注入孔430。此实施例结合了图7A-7C所示的正切地流向晶片边缘的正切等离子体副产物气流以及图6A-6C所示的正向(direct)流 向晶片边缘的气流。 虽然上述内容揭示了本发明的数个实施例，然而当可在不偏离本发明基本范围的 情况下，做出本发明的其它或进一步实施例，因此本发明范围当由后附申请专利范围所界定。
权利要求
一种在处理室中处理晶片的方法，所述晶片的背面上具有聚合物层，该方法包括将所述晶片的所述背面放置在所述处理室中所提供的支撑表面上，并且暴露出所述晶片的所述背面的边缘环形区域；其中，所述处理室包括拱形侧边气体注入喷嘴，所述拱形侧边气体注入喷嘴穿过所述处理室的圆筒状侧壁而延伸进入所述处理室中，并且所述拱形侧边气体注入喷嘴具有拱形气体注入区，其沿着邻近所述晶片边缘的弧形而分布；朝向所述处理室的顶壁气体分配板升高所述支撑表面和所述晶片，使其经过所述拱形侧边气体注入喷嘴，而将所述晶片正面限定在所述晶片正面与所述处理室的顶壁之间的小间隙中；在远程等离子体源中由包括含氧物质的处理气体产生等离子体副产物，并且引导所述等离子体副产物经由所述拱形侧边气体注入喷嘴的所述拱形气体注入区而进入所述处理室中，使得所述晶片的所述背面对向所述弧形的部分暴露至所述等离子体副产物中，以从所述晶片背面移除所述聚合物；以及通过穿过位于所述顶壁处的气体分配板导入净化气体，来阻挡所述等离子体副产物进入所述晶片正面和所述顶壁之间的所述间隙中，且所述顶壁面向所述晶片正面。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述弧形所对应的角度小于180度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述弧形所对应的角度为约360度。
4.如权利要求2所述的方法，还包括连续旋转所述晶片。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述晶片正面沉积有光阻，所述方法还包括下降所述支撑表面和所述晶片，使其远离所述顶壁气体分配板而至低于所述拱形侧边 喷嘴的位置；停止通过所述顶壁气体分配板的所述净化气体流；经由所述拱形侧边气体注入喷嘴将所述等离子体副产物导入所述处理室中，使得所述 晶片正面对向所述弧形的部分暴露至所述等离子体副产物中，以从所述晶片正面移除所述 光阻；以及连续旋转所述晶片。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述净化气体包括惰性气体或氮气中的任意一者。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述远程等离子体源的所述些处理气体包括氢气和 水蒸汽。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述处理气体包括二氧化碳与氢气。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述些处理气体包括含氧物质。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述些处理气体还包括氢气。
11.如权利要求1所述的方法，还包括利用第一真空泵抽空所述处理室，以及保持所述 处理室的压力低于所述远程等离子体源的压力。
12.如权利要求1所述的方法，还包括使所述晶片正面和所述顶壁之间的小间隙保持 小于1至10毫米。
13.如权利要求1所述的方法，还包括使所述拱形气体注入区和所述晶片边缘的对应 部分之间的间隙保持不超过1至5毫米。
14.如权利要求1所述的方法，其中提供拱形侧边气体注入喷嘴的步骤包括提供沿着所述拱形气体注入区的拱形壁，以及 提供穿通所述拱形壁的多个气体注入孔；以及经由所述拱形气体注入区将所述等离子体副产物导入所述处理室内的步骤包括使所 述等离子体副产物流过所述多个气体注入孔。
15.如权利要求1所述的方法，其中提供拱形侧边气体注入喷嘴的步骤包括提供沿着该拱形气体注入区的一拱形壁，以及 提供一对端口，该对端口在所述拱形侧边气体注入喷嘴的相对端处穿过所述拱形壁，并且 所述拱形侧边气体注入喷嘴正切地面向所述晶片的边缘；以及经由所述拱形气体注入区将所述等离子体副产物导入所述处理室内的步骤包括使所 述等离子体副产物流过所述一对端口且正切地流向所述晶片的边缘。
全文摘要
使用穿过反应器侧壁且具有与晶片边缘相匹配之曲率的拱形侧边气体注入喷嘴，并且为喷嘴提供来自远程等离子体源的等离子体副产物，以从固持于反应器内支撑底座上的晶片之背面移除掉聚合物。
文档编号H01L21/302GK101897007SQ200880120530
公开日2010年11月24日 申请日期2008年11月28日 优先权日2007年12月12日
发明者伊玛德·尤瑟夫, 南希·凡格, 安克·舍内尔, 沃特·R·梅丽, 沙希德·劳夫, 英·瑞, 阿吉特·巴拉克利斯纳, 马丁·杰弗瑞·萨利纳斯 申请人:应用材料公司