用于活化电浆处理工具的方法与流程

1.本揭示内容是关于用于活化电浆处理工具的方法和设备。


背景技术：

2.铝基部件(aluminum-based parts)广泛地用于采用电浆的半导体制造制程中。铝基部件的表面涂层在高密度电浆制程(例如电浆蚀刻)中非常关键，因为电浆制程包括高反应性和腐蚀性气体。通常，电浆制程对于在铝基部件和类似的部件(包括精密陶瓷(fine ceramic,fc)部件)的表面涂层中的变化很敏感。因此，需要维持清洁和稳定的表面涂层。


技术实现要素：

3.本揭示内容的一些实施方式提供了一种用于活化电浆处理工具的方法，方法包含：将具有表面涂层的晶圆保持工具设置在电浆处理设备的腔室之内；启始晶圆制造制程；经由感测器检测在腔室之内的空浮的污染物的存在，空浮的污染物源自于在表面涂层上的剥离弱化表面；停止晶圆制造制程；以及启始活化制程其从表面涂层移除剥离弱化表面的一深度。
4.本揭示内容的另一些实施方式提供了一种用于活化电浆处理工具的方法，方法包含：将晶圆保持工具设置在电浆处理设备的腔室之内；启始晶圆制造制程；使用设置在腔室中的感测器来测量在晶圆保持工具的涂层上的剥离弱化表面的一厚度；当此厚度超过一阈值数值时：停止晶圆制造制程；和启始活化制程，以从涂层移除剥离弱化表面的至少一部分。
5.本揭示内容的又另一些实施方式提供了一种用于活化电浆处理工具的方法，方法包含：测量以下至少一者：在晶圆保持工具的表面涂层上的剥离弱化层的一厚度，和在腔室之内的空浮的污染物的一水平；以及启始活化制程，活化制程使用珠磨，从表面涂层的移除基本上所有的剥离弱化层，当以下至少一情况发生时：剥离弱化层的此厚度超过一阈值厚度数值，和检测到一空浮的污染物含量其大于一阈值界限。
附图说明
6.本揭示内容可由以下的详细描述并且与所附附图一起阅读，得到最佳的理解。注意的是，根据产业界的标准惯例，各个特征并未按比例绘制，并且仅用于说明的目的。事实上，为了讨论的清楚性起见，各个特征的尺寸已任意地增加或减小。
7.图1示出了根据一些实施方式的半导体晶圆处理系统的示意图；
8.图2是根据一些实施方式的电浆腔室的图；
9.图3和图4是根据一些实施方式的控制器的图；
10.图5描绘根据一些实施方式的电浆对于电浆处理工具的涂层的影响；
11.图6描绘根据一些实施方式的在表面涂层上的剥离弱化表面(peeling weakness surface,pws)；
12.图7描绘根据一些实施方式的污染物浓度随着时间的图表；
13.图8绘示根据一些实施方式的清洁制程的效果；
14.图9绘示根据一些实施方式的湿式清洁制程与珠磨(bead beating)清洁制程之间的差异；
15.图10是根据一些实施方式的一图表其绘示在清洁之前和之后的剥离弱化表面；
16.图11是绘示根据一些实施方式的在清洁和连续使用之后的剥离弱化表面的第二图表；
17.图12描绘根据一些实施方式的涂层厚度和粗糙度的图表；
18.图13是根据一些实施方式的用于检测剥离弱化表面状况并且启始清洁制程的制程的流程图。
19.【符号说明】
20.100:处理系统(处理设备、处理模块)
21.108:腔室表面
22.112:静电夹盘
23.116:基板
24.120:电浆处理腔室(处理腔室、处理腔室组合件)
25.124:射频或微波源(微波功率源、射频或微波功率产生器)
26.128:低压真空系统(真空泵)
27.132:表面涂层(表面层)
28.136:电浆
29.140:处理气体
30.163:剥离弱化表面层(剥离弱化表面)
31.204:排空空间
32.205:锁定机构
33.215:监测装置
34.220:上部组合件
35.221:上部电极(上部电极本体)
36.222:顶部挡板组合件(挡板)
37.223:温度控制板
38.224:电极盖
39.225:内部屏蔽环
40.226:外部屏蔽环
41.229:内部沉积罩
42.230:上部电极
43.231:活动挡门
44.232:内部活动挡门
45.233:底盖
46.234:排气板
47.235:下壁盖
48.239:孔洞
49.240:基板支架
50.241:聚焦环
51.242:聚焦环基座
52.243:静电夹盘外壳
53.244:绝缘环
54.247:下部电极
55.250:压力控制系统
56.254:闸阀
57.260:温度控制元件
58.262:控制源(控制/电源)
59.265:温度控制单元
60.266:壁温度控制元件
61.270:气体分配系统(气体供应系统、气体供应源)
62.271:第一气体供应管线
63.272:第二气体供应管线
64.275:气体分配板
65.276:孔洞(孔道)
66.285:第二射频系统(第二射频源)
67.290:闸阀(闸阀组合件)
68.294:开口
69.299:感测器
70.300:计算机系统(控制器)
71.301:计算机
72.302:键盘
73.303:鼠标
74.304:监视器
75.305:光盘驱动器
76.306:磁盘驱动器
77.311:处理器
78.312:只读记忆体
79.313:随机存取记忆体
80.314:硬盘
81.315:数据连接总线
82.321:光盘
83.322:磁盘
84.500:图
85.502:污染物颗粒
86.504:电浆鞘
87.700:图表
88.710:区段
89.720:区段
90.730:区段
91.800:图
92.801:区段
93.802:区段
94.803:区段
95.900:图表
96.901:区段
97.902:区段
98.903:区段
99.1000:图表
100.1001:区段
101.1100:图表
102.1101:区段
103.1102:区段
104.1200:图表
105.1210:区段
106.1220:区段
107.1230:区段
108.1300:制程
109.1302:操作
110.1304:操作
111.1306:操作
112.1308:操作
113.1310:操作
114.1312:操作
115.1314:操作
116.1316:操作
具体实施方式
117.之后的揭示内容提供了许多不同的实施方式或实施例，以实现所提供的主题的不同的特征。以下描述组件和布置的具体实施例，以简化本揭示内容。这些当然仅是实施例，并不意图为限制性的。例如，在随后的描述中，形成第一特征其在第二特征上方或之上，包括第一和第二特征以直接接触而形成的实施方式，且也包括附加的特征形成在介于第一和第二特征之间，因此第一和第二特征不是直接接触的实施方式。另外，本揭示内容可在各个实施例中重复参考标号和/或字母。此重复是为了简化和清楚性的目的，重复本身不意指所论述的各个实施方式和/或配置之间的关系。
118.此外，为了便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征之间，如附图中所绘示的关系，在此可能使用空间相对性用语，诸如“之下”、“低于”、“较下”、“高于”、“较上”、和类似的用语。除了在附图中绘示的方向之外，空间相对性用语旨在涵盖装置在使用中或操作中的不同方向。设备/装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，并且由此可同样地解读本文所使用的空间相对性描述词。此外，用语“由
…
制成”可意谓“包含”或“由
…
组成”。在本揭示内容中，词语“a、b、和c中的一者”意谓“a、b、和/或c”(a；b；c；a及b；a及c；b及c；或a、b及c)，并且除非另外有所描述，不意谓来自a的一个要素、来自b的一个要素、和来自c的一个要素。
119.在电浆蚀刻和/或沉积制程中，污染物颗粒降低了制程的产率，经由例如不理想地将遮罩图案的多个部分遮蔽、或将工件污染。在一些具有由铝所制成的腔室的电浆处理设备中，采用表面涂层以防止产生颗粒。与其他涂层相比(例如单独的阳极氧化的铝(al)，铝基部件和精密陶瓷部件的一些表面涂层(例如钇基(yttrium-based)陶瓷或涂层)，使得延长操作的时间是可能的。而且，比起其他涂层，铝基部件的一些表面涂层更容易产生污染物颗粒。铝基部件涂层的表面变化随着时间不利地影响晶圆台的射频(rf)电流返回，以及电浆特性，电浆特性包括自由基浓度、电浆密度、和其他参数，这继而不利地导致显著的蚀刻速率漂移和类似的状况。因此，在电浆制程期间，在晶圆和其他工具(例如工具夹具、腔室、基板支架、和类似者)所通过的位置和路线中，需要维持清洁和稳定的表面。特别是，生产高质量的微电子装置并且降低产率损失的能力取决于维持关键组件的表面基本上无缺陷。这会包括维持表面无颗粒物质，例如，维持超清洁的表面，从而确保颗粒物质不会沉积在晶圆、倍缩光罩、或遮罩、或其他关键组件的表面上。由于微电子装置需要更精细的特征，因此这是特别令人关注的议题。颗粒物质的类型是任意的组合，取决于所采用的电浆设备的环境和真空条件。被引入的颗粒物质来自于在半导体制造制程中的蚀刻副产物、有机碳氢化合物污染物、任何种类的掉落的粉尘、来自涂层的脱气、和类似者。
120.以前，电浆制程设备在从处理设备中取出后，已经使用真空和异丙醇/乙醇擦拭进行了清洁。在其他的情况下，采用湿式清洁制程。然后，使用粒子计数器以监测和验证清洁度。然而，对于某些精密或小的组件，这样的手动和湿式清洁操作不是优选的。为了在清洁在电浆处理工具(例如本文所描述的晶圆保持工具)的保护性涂层上累积的剥离弱化表面(peeling weakness surface,pws)层，已经发现手动和湿式清洁制程在将剥离弱化表面层移除方面根本无效。电浆处理工具之后将在操作的使用期间随着时间而最终污染其他的半导体晶圆处理设备。因此，需要维持暴露于电浆的组件的清洁度的替代方法。
121.图1是根据各个实施方式的半导体晶圆处理系统100的示意图。在一些实施方式中，半导体晶圆处理系统100包括蚀刻系统，例如电浆蚀刻系统。在各个实施方式中，电浆处理系统100包含用于蚀刻基板116的电浆处理腔室120，以及至少一个腔室表面108其包括表面涂层132，表面涂层132具有钇化合物，例如y
xoyfz
或yf3。基板116设置在半导体晶圆处理系统100内部的静电夹盘(electrostatic chuck,esc)112上。与电浆处理腔室120耦合的是射频(radio frequency,rf)或微波功率源124和低压真空系统128。射频或微波功率产生器124提供功率，以在电浆处理腔室120内部产生电浆136。在射频或微波源之外，或是代替射频或微波源，还使用直流(dc)功率。将处理气体140引入到电浆处理腔室120中，以产生电浆136。处理气体140包括含氧的气体，例如o2、co、co2、h2o、或h2o2。在各个实施方式中，处理气
体也包括例如cf4、c4f8、c5f8、f2、sf6、hbr、nh3、nf3、h2、hcl、cl2、和其他的气体。
122.应当理解，尽管处理系统100在本文中被描述为电浆蚀刻系统，但是本揭示内容的多个实施方式不应局限于此。处理设备100配置为在半导体晶圆(例如基板116)上执行任何制造程序。例如，处理设备100配置为执行多个制造程序，多个制造程序包括沉积制程，例如电浆促进化学气相沉积(pecvd)、溅射、和/或其他沉积制程。替代地，处理系统100包括清洁系统、显影系统、化学处理系统、热处理系统、涂覆系统、化学气相沉积(cvd)系统、物理气相沉积(pvd)系统、离子化物理气相沉积系统(ionized physical vapor deposition system,i-pvd)、原子层沉积(ald)系统、和/或其组合。本文的揭示内容不限于这类装置并且包括：热处理装置、清洁设备、测试设备、或在半导体晶圆的处理中涉及的任何其他程序、和/或这样的多个程序的任何组合。
123.现在转到图2，其中描绘了半导体晶圆处理系统100的示例性内部组件，现在将更详细地描述此系统。处理系统100包括用于控制腔室壁温度的多个元件。如图所示，壁温度控制元件266耦合到壁温度控制单元265，并且壁温度控制元件266耦合到处理腔室120。温度控制元件包括加热器元件、冷却元件、和/或温度感测元件。例如，加热器元件包括电阻加热器或碳加热器元件。监测处理腔室120的温度使用温度感测装置，例如热电偶(thermocouple)。此外，腔室温度控制器(未示出)利用温度测量作为对于壁温度控制单元265的反馈，以便控制处理腔室120的温度。在附加的多个实施方式中，基板支架240包括温度控制元件260，用于控制基板116的温度。控制/电源262向温度控制元件260提供信号和/或能量，并加热或冷却基板支架240和基板116。另外，处理系统100还包括压力控制系统250其耦合到处理腔室120，以控制在处理腔室120中的压力。在各个实施方式中，压力控制系统250是真空泵128其具有用于控制腔室压力的闸阀254、以及压力感测器(未示出)。例如，真空泵128能够以高达每分钟五千升的速度泵送。真空泵128对于低压处理是有用的，通常小于50毫托(mtorr)。对于高压(亦即大于100毫托)或低通量处理(亦即无气流)，使用机械增压泵(mechanical booster pump)和干式粗抽泵(dry roughing pump)。尽管压力控制系统250示出为耦合到处理腔室120的底部，但这不是必需的。在替代的实施方式中，压力控制系统250耦合到处理腔室120的顶部和/或侧部。此外，控制器300(以下参照图3描述)利用压力测量作为对于压力控制系统250的反馈，以便控制电浆处理腔室120的压力。处理腔室120有助于在邻近于基板116的处理空间中形成处理电浆136。替代地，电浆处理腔室120有助于在邻近于基板116的处理空间中引入处理气体140。处理系统100配置为处理两百或三百毫米(mm)的基板，或更大的基板。在替代的实施方式中，处理系统100包括多个处理腔室120，并且处理系统100经由在一或多个处理腔室120中产生电浆136来操作。
124.在各个实施方式中，处理系统100还包括耦接到处理腔室120的上部组合件220。例如，在一些实施方式中，上部组合件220包括耦合到气体分配系统270的气体分配板275，用于将处理气体140引入到在处理腔室120之内的处理空间。气体分配板275还包含多个孔道276，孔道276配置为将一或多种气体从气体分配系统270分配到处理腔室120的处理空间。处理气体140包括nh3、hf、h2、o2、co、co2、ar、he、和n2中的至少一者。例如，在一些实施方式中，在多晶硅和/或氮化物制程期间，处理气体140是二氯硅烷(dichlorosilane,dcs)、三氯硅烷(trichlorosilane,tcs)、sih4、si2h6、六氯二硅烷(hexachlorodisilane,hcd)、和nh3中的至少一者。在化学气相沉积氧化物制程期间，处理气体140包括四乙氧基硅烷
(tetraethoxysilane,teos)、和二叔丁基氨基硅烷(bistertiarybutylaminosilane,btbas)中的至少一者。在原子层沉积制程期间，处理气体140包括h2o、三甲基铝(trimethylaluminum,tma)、叔丁醇铪(hafnium tertbutoxide,htb)、no、或n2o中的至少一者。在一些实施方式中，在金属化学气相沉积制程期间，处理气体140包括羰基钨、羰基铼、和叔戊基亚氨基二甲基(二甲基氨基)钽(v)(t-amylimidotris(dimethylamido)tantalum(v),taimata)中的至少一者。
125.在各个实施方式中，上部组合件220配置为执行以下功能中的至少一者：提供电容耦合电浆(ccp)源、提供电感耦合电浆(icp)源、提供变压器耦合电浆(tcp)源、提供微波动力电浆(microwave powered plasma)源、提供电子回旋共振(ecr)电浆源、和提供表面波电浆源。
126.在各个实施方式中，上部组合件220包括上部电极230和/或磁体系统组件(未示出)。在一些实施方式中，上部组合件220包括供应管线、注射装置、和/或其他气体供应系统组件(未示出)。此外，上部组合件220包括壳体、盖子、密封装置、和/或其他机械组件(未示出)。
127.在各个实施方式中，如在图2中所示，处理系统100还包括内部沉积罩229、活动挡门231、内部活动挡门232、底盖233、排气板234、和下壁盖235。在各个实施方式中，内部沉积罩229、活动挡门231、内部活动挡门232、底盖233、排气板234、下壁盖235、和/或基板支架240包括形成在一或多个暴露的表面上的保护性阻障或表面涂层132，以延长使用寿命并防止由于电浆暴露而导致的组件的衰变。
128.在各个实施方式中，处理腔室120包括监测装置215其连接至监测端口(未示出)，以便允许电浆处理腔室120的光学监测或感测器监测，并且用于终点检测、污染检测、和/或制程操作的其他警报。
129.在各个实施方式中，基板116通过经由闸阀组合件290所控制的开口294而传送到处理腔室120中和从处理腔室120传送出来。此外，使用机器人基板传送系统(未示出)来将基板116传送到基板支架上和从基板支架上传送下来。此外，基板116由容纳在基板支架240之内的基板升降销(未示出)接收，并由容纳在其中的多个装置来机械地平移。一旦从基板传送系统接收基板116，基板116就被降低至基板支架240的上表面。
130.在一些实施方式中，经由静电夹持系统将基板116固定到基板支架240，但是也使用被动的晶圆约束件。此外，经由背侧气体系统(未示出)将处理气体140输送到基板116的背侧，以改善介于基板116和基板支架240之间的气隙热传导。当需要在升高或降低的温度下控制基板116的温度时，利用这样的系统。在其他的实施方式中，包括加热元件，例如电阻加热元件、或热电的加热器/冷却器。
131.在替代的实施方式中，例如基板支架240的晶圆保持工具还包括垂直平移装置(未示出)，此垂直平移装置被伸缩软管(bellows)(未示出)围绕，伸缩软管耦合到基板支架240和处理腔室120，伸缩软管配置为将垂直的平移装置密封而与在处理腔室120内的减压大气隔离。另外，伸缩软管罩(未示出)耦合到基板支架240并且配置为保护伸缩软管。
132.如在图2中所示，基板支架240例如还包括聚焦环241、聚焦环基座242、静电夹盘外壳243、绝缘环244、静电夹盘112、和下部电极247。在各个实施方式中，聚焦环241、聚焦环基座242、静电夹盘外壳243、和/或绝缘环244包括形成在一或多个暴露的表面上的表面涂层
或保护性阻障(未示出)，以延长使用寿命并预防由于电浆这些组件的衰变。替代地，基板支架240以多种已知方式中的任何一种来配置。
133.在各个实施方式中，基板支架240包括下部电极247，通过下部电极247，射频功率耦合到在电浆处理腔室120的处理空间中的处理气体140。例如，经由射频功率的传输将基板支架240电性偏置在射频电压，射频功率来自于例如第一射频或微波源124。在一些情况下，射频偏压用于加热电子，以形成和维持电浆136。在一些实施方式中，用于射频偏压的频率从一兆赫(mhz)至一百兆赫，例如13.56兆赫。另外，在其他的实施方式中，基板支架240包括形成在基板支架240的一或多个暴露的表面上的表面涂层132(亦即，保护性阻障)。
134.再次参看图2，上部组合件220的一些实施方式包括上部电极本体221、顶部挡板组合件222、温度控制板223、电极盖224、内部屏蔽环225、和外部屏蔽环226。在各个实施方式中，电极盖224、内部屏蔽环225、和外部屏蔽环226包括形成在一或多个暴露的表面上的表面涂层或保护性阻障(未示出)。在替代的实施方式中，保护性阻障(未示出)形成在上部组合件220的一或多个内表面上。
135.在各个实施方式中，处理系统100包括第二射频系统285，第二射频系统285耦合到上部电极221并且用于提供额外的射频功率至在电浆处理腔室120的处理空间中的处理气体140。在各个实施方式中，将上部电极221电性偏置在射频电压，经由来自于第二射频系统285的射频功率的传输。在一些情况下，这个射频信号用于形成和/或控制电浆。用于第二射频系统285的频率范围从一兆赫至一百兆赫，例如，60兆赫。
136.当用于保护在处理系统100中的多个组件时，以多种不同的方式产生保护性阻障。在一种情况下，经由对金属进行阳极氧化，并且用含氟聚合物(例如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe))浸渍经阳极氧化的表面来产生保护性阻障。例如，形成保护性阻障经由对铝进行硬质阳极氧化或对铝合金进行硬质阳极氧化，并且以聚四氟乙烯浸渍经硬质阳极氧化的表面。在其他的情况下，产生保护性阻障使用al2o3、氧化钇(y2o3)、sc2o3、sc2f3、yf3、la2o3、ceo2、eu2o3、和dyo3中的至少一者。此外，保护性阻障是iii族元素(周期表的iii族)和镧系元素中的至少一者；在一些实施方式中，iii族元素包括钇、钪、和镧中的至少一者。在一些实施方式中，镧系元素包括铈、镝、和铕中的至少一者。在一些实施方式中，在形成所期望的处理膜之前，在处理腔室120中形成保护性阻障层作为预处理涂层的部分，例如硅氮化物或硅涂层。在一些实施方式中，将感测器299(例如x射线光电子能谱仪(x-ray photoelectron spectrometer,xps))提供在电浆处理腔室120之内，或可操作地靠近电浆处理腔室120，以监测在精密陶瓷部件上、电浆处理部件或工具上、或者在腔室内部的其他者上的污染物的水平(亦即，空浮的污染物)。感测器299感测对应于钇基化合物或其他相关污染物的光谱，这些污染物是由电浆处理部件和工具随着时间由于电浆暴露而产生的。
137.如在图2中所示，在各个实施方式中，处理模块100包括上部组合件220和处理腔室120，处理腔室120具有基本上圆柱形的导电单元，此导电单元包括敞开的顶部。上部组合件220经由锁定机构205可拆卸式地固定到处理腔室组合件120，因此，将处理腔室组合件120自由地打开和/或关闭。这有利于组件的更换或清洁、和/或腔室的清洁。
138.气体供应系统270耦合到上部组合件220。在一些实施方式中，使用两区域气体分布配置。第一气体供应管线271耦合到第一分布区域(未示出)，并且第二气体供应管线272
耦合到第二分布区域(未示出)。例如，第一分布区域位在腔室的中央部分，并且第二分布区域位在腔室的外围部分。多个气体出口孔洞276形成在上部组合件220中，以将处理气体提供到电浆处理空间212中。出口孔洞(孔道)276通过挡板222而连接到气体供应系统270。因此，一或多种不同的处理气体从气体供应源270以不同的速率经由出口孔洞276而供应到电浆处理空间212的不同区域中。
139.在各个实施方式中，在基板支架240的底部部分周围提供排气板234。排气板234用于将电浆处理空间212与排空空间204分隔，并且排气板234包括形成在排气板234中的多个孔洞239。例如，多个孔洞239包括多个贯穿孔以及多个盲孔(非贯穿孔)。高于排气板234的电浆处理空间以及低于排气板234的排空空间204通过多个贯穿孔洞239而互相连通。因此，在电浆处理腔室120内部的处理气体140行进穿过在排气板234中的贯穿孔洞239，然后根据需要经由压力控制系统250而排空。
140.图2的系统用于蚀刻，例如，用于半导体装置的栅极堆叠。具体地，栅极堆叠源自于多层结构其包括：未掺杂的多晶硅的层、掺杂的多晶硅的层、和抗反射涂层。然后将这个多层结构遮盖和蚀刻，以提供具有所期望的关键尺寸(例如，垂直的高度关键尺寸(cd))的栅极堆叠结构。也容易地构思其他半导体装置。
141.随着时间，蚀刻制程的重复执行导致在处理腔室120之内的状况对于蚀刻的制程的进一步执行是不理想的。例如，蚀刻制程堆积导致积聚在多个腔室组件上的颗粒，颗粒脱离而污染正进行处理的基板116。因此，必须执行电浆处理腔室120的周期性清洁。
142.图3和图4绘示了根据本揭示内容的一些实施方式的计算机系统300，用于控制处理系统100、以及处理系统100的多个组件。图3是控制图1的电浆处理系统100的计算机系统300的示意图。在一些实施方式中，将计算机系统300编程为启始一制程其用于监测腔室组件的污染物水平、晶圆保持工具、或由此引起的空浮的污染、并且提供需要清洁的警报。在一些实施方式中，响应于这样的警报，停止半导体装置的制造。在一些实施方式中，响应于这样的警报的激活，启始就地清洁(clean in place,cip))制程。如在图3中所示，将计算机系统300提供为具有计算机301其包括光盘只读式记忆体(例如，光盘只读记忆体(cd-rom)或数字多功能光盘只读记忆体(dvd-rom))驱动器305和磁盘驱动器306、键盘302、鼠标303(或其他类似的输入装置)、以及监视器304。
143.图4是示出计算机系统300的内部配置的图。在图4中，除了光盘驱动器305和磁盘驱动器306之外，计算机301还提供为具有一或多个处理器311，例如微处理单元(mpu)或中央处理单元(cpu)；只读记忆体(rom)312其中储存有例如启动程序的程序；随机存取记忆体(ram)313其连接到处理器311并且在其中暂时储存应用程序的指令和提供暂时电子的储存区域；硬盘314其中储存应用程序、操作系统程序、和数据；以及数据连接总线315其连接处理器311、只读记忆体312、和类似者。注意，在一些实施方式中，计算机301包括网络卡(未示出)，用于提供到计算机网络的连接，计算机网络例如局部区域网络(lan)、广域网络(wan)、或任何其他有用的计算机网络其用于传送由计算机系统300和电浆处理系统100所使用的通信数据。
144.用于使计算机系统300执行用于控制图1的电浆处理系统100及其组件的制程、和/或执行用于制造根据本文所揭示的多个实施方式的半导体装置的方法的制程的程序储存在光盘321或磁盘322中，光盘321或磁盘322被插入到光盘驱动器305或磁盘驱动器306中并
被传输到硬盘314。替代地，程序经由网络(未示出)而传输到计算机系统300并储存在硬盘314中。在执行的时候，将程序加载到随机存取记忆体313中。将程序从光盘321或从磁盘322加载、或者直接地从网络加载。在各个实施方式中，程序包括清洁程序其用于周期性清洁腔室表面、晶圆保持组件、和类似者，这些组件具有保护性涂层或阻障以防止电浆暴露。在各个实施方式中，在检测到保护性涂层或阻障随着时间衰变而产生的钇或钇化合物之后，运行清洁程序。在各个实施方式中，检测发生在处理系统100的操作期间。在各个实施方式中，当处理系统100未操作时，清洁程序在维护周期的期间运行。
145.储存的程序不一定必须包括例如操作系统(operating system,os)、或第三方程序来使计算机301执行本文所揭示的多个方法。在一些实施方式中，程序仅包括命令部分，以在受控的模式下调用适当的函数(模块)并且获得所期望的结果。在本文所描述的各个实施方式中，控制器300与处理系统100通信，以控制处理系统100的各种功能。在各个实施方式中，控制器300自动地指示何时开始和/或停止清洁制程，例如，当在处理系统100之内检测到污染物时。
146.控制器300耦合到处理腔室120、监测装置215、上部组合件220、基板支架240、压力控制系统250、控制源262、温度控制单元265、气体供应系统(气体分布系统)270、第一射频或微波源124、第二射频源285、和闸阀290。控制器300配置为向那些系统组件提供控制数据，并从那些系统组件接收制程和/或状态数据。例如，控制器300包括微处理器、记忆体(例如，挥发性或非挥发性记忆体)、和数字的输入/输出端口，此数字的输入/输出端口能够产生控制电压其足以通信和激活输入至处理系统100、和监测来自处理系统100的输出。此外，在一些实施方式中，控制器300与处理腔室120、监测装置215、上部组合件220、基板支架240、压力控制系统250、控制源262、温度控制单元265、气体供应系统270、第一射频源124、第二射频源285、和闸阀290交换信息。此外，在一些实施方式中，储存在记忆体中的程序被用来根据制程配方以控制处理系统100的前述多个组件。再者，控制器300配置为分析制程和/或状态数据，以将制程和/或状态数据与目标制程和/或状态数据进行比较，并且使用此比较以改变制程和/或控制系统组件。此外，控制器300配置为分析制程和/或状态数据，以将此制程和/或状态数据与历史的制程和/或状态数据进行比较，并使用此比较以预测、防止、和/或宣布故障或警报。
147.已经发现，在半导体制造装置中使用铝基涂层的情况下，钇颗粒积聚生，来自于老化的部件和工具，尤期是在一千五百小时的射频电浆暴露时间之后。已经发现这样的颗粒积聚是由含钇的化合物的易碎层引起的，此层随着时间而在这样的部件和工具的保护性涂层的表面上积聚。这样的易碎层，在本文中称为剥离弱化表面(pws)，不能经由先前的清洁制程而移除，如以上所描述的内容。这些组件包括但不限于排气板、底部环、沉积罩、活动挡门(shutters)、沉积环、和类似者。在各个实施方式中，这样的组件的本体和腔室表面由铝制成。这样的铝基组件的表面由保护性或表面涂层保护，此保护性或表面涂层包括co2和钇基化合物，例如y2o3或yf3。最初，这样的保护性涂层保护多个组件免受衰变，而不影响在电浆处理腔室120之内的电浆136的组成分和分布。然而，在操作一段时间之后暴露于电浆期间，这样的涂层将会老化并产生污染物颗粒。
148.在处理腔室本身(亦即腔室壁)内发现的y2o3涂层通常对于环境状况非常稳定，并且具有非常高的熔化温度，亦即高达摄氏268度。然而，在hbr/o2高密度电浆条件下，产生oh
离子、或氢(h)和氧(o)原子。这些物质与y2o3反应而形成y(oh)3，如下所示：y2o3+3h2o＝2y(oh)3。这种氢氧化钇非常脆，并且从y2o3涂层表面形成了空浮的污染物颗粒。在电浆蚀刻或使用电浆136的其他制程之后，涂覆的精密陶瓷部件也老化而形成yof，其继而导致剥离弱化表面层163的形成，剥离弱化表面层163在电浆暴露期间产生过量的钇元素剥离和空浮的污染物颗粒502，如以下所描述的内容。
149.图5描绘了根据各个实施方式，随着时间，电浆对于电浆处理部件和工具(亦即，精密陶瓷部件)的表面涂层132的影响，其中表面涂层是yo
xfy
。在一些电浆腔室的操作中，采用了混合的高频(hf)和低频(lf)功率条件。如在图500中所示，随着低频功率的添加，在基板116上的蚀刻量增加。亦即，在四百瓦(w)的高频和0瓦的低频(亦即，使用高频和不使用低频的第一条件)下，蚀刻量为约30纳米(nm)。在这个第一条件下，表面损伤小于在混合射频的条件下的表面损伤，然而，更大量的污染物颗粒502可能掉落在基板上。从表面涂层132随着时间所产生的剥离弱化表面层163而漂移的污染物颗粒502因此在晶圆处理期间导致基板116的污染。另一方面，在400瓦的高频和400瓦的低频(亦即，混合使用高频和低频的第二条件)下，蚀刻量为约五十纳米。附随地，这样的混合功率条件具有较高的部件损坏，其产生低的钇颗粒数目。在电浆处理腔室120之内所产生的电浆鞘504保护免受钇颗粒污染的一些漂移，但是这样的污染物颗粒502没有被完全地包含在内。污染物颗粒502不像在第一条件掉落在基板上，而是被引导回到剥离弱化表面层163，在精密陶瓷部件上产生更严重的表面损伤。在足够长的高射频时间之后，使用高功率修整的电浆蚀刻将会因此损坏精密陶瓷部件的表面涂层132。在具有暴露于电浆136的钇基表面涂层的铝工具中，这导致钇颗粒源缺陷。在电浆蚀刻腔室的钇涂层部件中也存在全光谱缺陷。
150.钇基涂层，例如y2o3涂层，由于对于侵蚀和腐蚀的高抗性，已用在电浆处理工具中作为涂层材料，特别是在涉及nf3、cl2/o2、或hbr/o2电浆的金属或栅极蚀刻制程中。然而，在一些制程中，源自于y2o3涂层的颗粒越来越成问题，尤其是当制造半导体装置的线和结构变得越来越小时。这些颗粒导致装置和制程故障。yf3涂层用于代替y2o3，试图抑制污染物颗粒的产生。然而，已经发现，蚀刻速率随着新的或清洁的部件而显著地漂移或降低，并且需要延长的模拟运行以调整这些部件，以便具有可接受的和稳定的蚀刻速率。污染也是由未预期的来源而产生的。图6示意性地绘示根据一些实施方式的包含yf3的表面涂层132上的剥离弱化表面层163的发展的过程。当精密陶瓷部件是新的或新使用的(亦即，初始状态)，yf3表面涂层没有不规则性。已经发现，在暴露于电浆一段时间之后，yf3涂层的表面经由目前还不太了解的过程缓慢地发展yo
xfy
的不规则易碎的剥离弱化表面层163。已经观察到这个剥离弱化表面层163随着时间而成长。随着老化的进行和电浆暴露的持续，这个剥离弱化表面层将产生污染物颗粒502，污染物颗粒502可以从表面剥离并漂移到电浆腔室中，从而导致在工件中的缺陷。无晶圆干式清洁或湿式清洁制程不足以消除颗粒产生或移除剥离弱化表面层163的任何部分。
151.具有高功率修整的电浆蚀刻将在高射频时间之后消耗掉多个部件，至少部分是由于掉落的颗粒残留物所致。这继而不利地影响工件的缺陷水平。图7描绘了根据一些实施方式在部分的蚀刻条件下随着时间三种不同的污染物浓度的缺陷水平的图表700。如在区段710中所示，在一百七十小时的射频暴露之后，产生了七纳米的蚀刻量。如在区段720中所示，这产生了十四纳米的量的残留物的蚀刻量。如在区段730中所示，这导致5纳米的掉落污
染水平。
152.在一些实施方式中，本文所描述的涂覆部件和钇(y)涂覆部件是指精密陶瓷部件。经由全光谱感测对电浆处理腔室120中的钇(y)涂覆的部件的检查发现了由钇(y)颗粒积聚所导致的缺陷，此缺陷源自于在射频使用超过一千五百个射频小时之后老化的电浆处理部件的脆弱的剥离弱化表面层163。已进一步地确定，这样的剥离弱化表面层163不能经由标准的清洁操作来有效地移除。
153.为了减少缺陷问题，并经由和延长电浆处理部件的使用寿命来实现优越的性能，经由本文所揭示这样的部件和工具的新清洁制程的多个实施方式，执行了大约十纳米的最佳蚀刻量。经由粒子监测器(例如搜索钇(y)的光谱波长的x射线光电子能谱仪)的检查显示，电浆处理部件表面上剥离弱化表面层163的较弱键结能量被本文所揭示的新清洁方法克服，并且完全地移除了产生钇(y)污染物颗粒的改变的剥离弱化表面层163。
154.图8绘示根据本揭示内容的多个实施方式的清洁制程的功效。高功率微调制程用于修改在基板116上的电浆蚀刻深度。在一些实施方式巩，采用了超过一千五百瓦的射频。本揭示内容的清洁制程在移除电浆处理部件和工具上的弱键结能量的剥离弱化表面层163方面是有效的。特别是，清洁制程使用喷砂(sand blasting)，而不是水洗。冲砂(sand punching)和切割物体的“表面处理”方法，在本文中也称为喷砂或珠磨方法，是一种破坏性处理方法，用于移除材料的不需要的表面。细磨砂颗粒或玻璃珠用于冲击材料的表面，使得表面产生粒状凹陷，从而形成无光泽的(matte)表面或侵蚀的表面。在本揭示内容的多个实施方式中，使用珠磨作为一种新方法，以用迄今未曾想到的方式来处理电浆处理部件。在各个实施方式中，一种珠磨设备包括：用于供应压缩空气的压缩机(未示出)、容纳用于珠磨的磨料(未示出)的罐、将例如从外部供应管(未示出)所供应的磨料与从压缩机所供应的压缩空气混合的混合器、以及使用压缩空气将磨料从混合器喷射到材料表面上的喷嘴(未示出)。在一些实施方式中，压缩空气包括载体流体，载体流体例如是cda(清洁干燥空气)、氮、氩、和其他合适的流体。在一些实施方式中，磨料包括玻璃珠、砂、或范围在1至5纳米的适当尺寸的其他合适的颗粒。在一定数量的珠磨操作之后，或一定时间之后，在使用之后经由真空泵将磨料移除，并且将磨料过滤以移除杂质和污染物，并且在随后的珠磨操作中重新使用。
155.图8的图800显示了在电浆处理组件、部件、和工具上的保护性涂层或表面层132上的改善的清洁制程的功效。区段801示出了具有剥离弱化表面层163的表面层132，在长期暴露于射频和电浆之后并且在应用任何清洁制程之前剥离弱化表面层163产生污染物颗粒502。区段802显示了在表面层132上的湿式清洁制程的功效，其中剥离弱化表面层163和污染物颗粒502部分地减轻，但大部分保留。区段803显示了应用于表面层132的珠磨制程的结果，其中剥离弱化表面层163被大量地移除，并且最小化空浮的污染物的产生。
156.图9的图表900进一步绘示了根据一些实施方式的湿式清洁制程和珠磨制程之间在功效方面的差异。区段901显示了保护性阻障(例如表面层132)的初始状况，其中顶线条代表氟(f)的量，中线条代表钇的量，并且底线条代表氧(o)存在的量。区段902示出了相同的表面层132在2600小时的射频和电浆暴露之后、随后是湿式清洁制程的组成分，其中观察到高含量的钇(y)和氟(f)残留。区段903示出了在表面层132上珠磨清洁制程的结果和也在执行2600小时的射频和电浆暴露，其中由于将剥离弱化表面层163大量移除，f、y、和o的水
平已经相对地恢复到它们的初始状态并稳定。
157.图10是一图表1000其绘示根据一些实施方式的剥离弱化表面层163随着时间以及清洁之后的状况。如在区段1001中所示，其表示在珠磨之后表面层132的特性，在线缺陷改善了36％-50％低于平均值(由虚线示出)，并且消除了在先前循环中所观察到的峰值高点。
158.图11示出了第二图表1100，其绘示了根据各个实施方式，在晶圆制造操作期间，在清洁之后，然后在附加的暴露于射频和电浆之后，剥离弱化表面层163的特性。如以上所证明的内容，珠磨清洁制程将表面层132回复到初始操作状况(如由区段1101所绘示),但是随着时间，表面层132的深度和粗糙度随着射频和电浆暴露的增加而再次增加(如在区段1102中所绘示)。这将导致随着时间更多的空浮的污染物颗粒，并且将需要再次应用珠磨清洁制程。
159.图12描绘了根据各个实施方式在应用珠磨清洁制程之后涂层厚度和粗糙度的图表1200。区段1210示出了在电浆暴露之后的典型的剥离弱化表面层163的初始厚度(以微米为单位)，其中厚度控制极限为110微米。区段1220示出了剥离弱化表面的粗糙度数据。珠磨制程的每次应用移除了约10微米(um)的剥离弱化表面层132。在一些实施方式中，表面层132的厚度控制极限在110微米与150微米之间。在一些实施方式中，在部件的生命周期的期间，可安全地采用珠磨制程多达三次，以活化保护性表面层132，而不会消除太多的表面层132的深度。在一次coa清洁之后，经由x-射线光电子能谱仪(xps)，测量在物体的表面上的数据。区段1220示出了一次这样的清洁的厚度结果，并且证明了涂层深度维持在规范之内。区段1230示出由剥离弱化表面层163随着时间的积聚而引起的表面层的粗糙度同样地返回到规范。
160.图13是根据本文所揭示的多个实施方式的用于检测剥离弱化表面状况并且启始清洁和活化制程的制程1300的流程图。在操作1302时，在晶圆制造制程中，例如感测器299的感测器监测电浆处理腔室，为了监测空浮的颗粒污染。在一些实施方式中，除了在制程系统操作期间执行以外，或者代替在处理系统操作期间执行，当处理系统100离线时执行这个操作。
161.在操作1304时，控制器300基于感测器299的读数来确定是否存在足够的污染水平而需要进行清洁污染。在各个实施方式中，任何可检测量的空浮的钇污染物颗粒502都有理由清洁。如果颗粒污染保持在阈值数值以下，则制程1300继续至操作1306。而如果检测到等于或高于阈值数值的污染水平，则制程1300继续至操作1310。
162.在操作1306时，感测器299用于监测在处理腔室120之内的任何电浆处理部件、工具、或组件上的剥离弱化表面层163的厚度和/或粗糙度。在操作1308时，控制器300基于来自于感测器299的测量，确定在电浆处理部件、工具、和组件上是否存在阈值量的厚度或粗糙度，以证明警报条件的合理性。在各个实施方式中，厚度阈值是10微米(μm)。
163.在操作1310时，控制器300响应于电浆处理腔室120之内存在的污染的阈值水平而产生警报条件。响应于警报条件，当处理系统在线时，在操作1312时停止晶圆制造制程。
164.接下来，在操作1314时，启始珠磨清洁制程，以从在电浆处理部件、工具、和组件上的表面层132移除剥离弱化表面层163。在一些实施方式中，执行珠磨清洁制程作为就地清洁制程(cip)，其中在执行清洁制程的同时，部件、工具、或组件被就地(in place)留在处理系统100中。在这样的实施方式中，在执行清洁制程之后，真空泵和类似者用于在电浆处理
腔室120重新操作之前，从电浆处理腔室120移除经由清洁制程所产生的任何松散残留物。在其他的实施方式中，将电浆处理部件、工具、和组件从处理系统100移除，以进行清洁，然后在操作动新开始之前重新放置回在电浆处理腔室120中。
165.然后，在操作1316时，感测器299用于确认剥离弱化表面层163的足够深度的移除，并且表面层132的厚度和/或粗糙度在规范之内。如果是，制程返回以上的操作1302，并且半导体处理操作经由处理系统100而恢复。在各个实施方式中，在处理期间、在珠磨清洁期间、在清洁之后、在处理系统100的离线期间，感测器299执行其操作，并且在电浆处理腔室120的内部或外部。
166.本揭示内容的益处包括从多个工具和多个组件的剥离弱化表面层的移除，多个工具和多个组件不被湿式清洁方法所影响。在各个实施方式中，以每次应用来完全地移除剥离弱化表面层。同时，保留了多个工具和多个组件的保护性表面涂层。当与没有如此清洁的相同的工具和组件相比，这继而允许了用于延长工具和组件的使用寿命。本文所描述的多个实施方式中的剥离弱化表面层163的清洁还预防晶圆处理设备和工件的污染，这继而增加生产产率并且减少了这类设备的停机时间。
167.根据上文的各个实施方式，一种用于清洁电浆处理设备的多个组件的方法包括：(1)将具有表面涂层132的晶圆保持工具设置在电浆处理设备100的处理腔室120之内；(2)启始晶圆制造制程；(3)经由感测器299检测在腔室之内的空浮的污染物的存在，空浮的污染物源自于在表面涂层132上的剥离弱化表面(pws)163；(4)停止晶圆制造制程；以及(5)启始活化制程其从表面涂层132来移除剥离弱化表面163的一深度。
168.在一些实施方式中，在启始活化制程之后测量剥离弱化表面163的厚度，并且当厚度在可接受的范围之内时，活化制程结束并且晶圆制造制程恢复。在一些实施方式中，在启始活化制程之后测量剥离弱化表面163的粗糙度，并且当粗糙度在可接受的范围之内时，活化制程结束并且晶圆制造制程恢复。在一些实施方式中，感测器299在电浆处理设备100的操作的时数的阈值数目之后被激活。在一些实施方式中，感测器299包含x射线光电子能谱感测器。在一些实施方式中，电浆处理设备100是电浆蚀刻设备并且腔室是电浆腔室。在一些实施方式中，电浆处理设备100是电浆沉积设备，此电浆沉积设备具有包括处理腔室120的电浆产生台。在一些实施方式中，剥离弱化表面163是氢氧化钇。在一些实施方式中，空浮的污染物包含钇。在一些实施方式中，移除的剥离弱化表面163的深度为至少10微米。在一些实施方式中，清洁制程是珠磨制程或喷砂制程。
169.在各个实施方式中，一种用于延长电浆处理工具、部件、和组件的方法包括：(1)将晶圆保持工具设置在电浆处理设备100的处理腔室120之内；(2)启始晶圆制造制程；以及(3)将感测器299设置在处理腔室120之内，以测量在晶圆保持工具的涂层132上的剥离弱化表面163的厚度。当厚度超过阈值数值时，停止晶圆制造制程，并且启始活化制程，此活化制程用于从涂层132移除至少一部分剥离弱化表面163。
170.在一些实施方式中，测量剥离弱化表面163的深度和粗糙度中的至少一者，并且当深度和粗糙度中的至少一者在可接受的范围之内，活化制程结束并且晶圆制造制程开始。在一些实施方式中，从涂层移除至多10微米厚度的剥离弱化表面。在一些实施方式中，晶圆制造制程是电浆沉积制程和电浆蚀刻制程中的至少一者。在一些实施方式中，活化制程是珠击制程。
171.在各个实施方式中，电浆制程方法包括测量以下至少一者：(i)在晶圆保持工具的表面涂层132上的剥离弱化层163的厚度，和(ii)在处理腔室120之内的空浮的污染物的水平。启始使用珠磨的活化制程，以从表面涂层132移除基本上所有的剥离弱化层163，当以下情况下中的至少一者发生时：(1)耗尽层的厚度超过阈值厚度数值；以及(ii)检测到来自剥离弱化表面层163的空浮的污染物。
172.在各个实施方式中，用于活化电浆处理工具的方法包含：测量以下至少一者：在晶圆保持工具的表面涂层上的剥离弱化层的一厚度，和在腔室之内的空浮的污染物的一水平；以及启始活化制程，活化制程使用珠磨，从表面涂层的移除基本上所有的剥离弱化层，当以下至少一情况发生时：剥离弱化层的此厚度超过一阈值厚度数值，和检测到一空浮的污染物含量其大于一阈值界限。
173.在一些实施方式中，活化制程是就地清洁制程。在一些实施方式中，晶圆保持工具是底部环、排气板、沉积罩、活动挡门(shutter)、和沉积环中的至少一者。在一些实施方式中，晶圆保持工具是铝，并且表面涂层132是y2o3和yf3中的至少一者。
174.以上概述了数个实施方式或实施例的特征，以便本领域技术人员可较佳地理解本揭示内容的多个态样。本领域的技术人员应理解，他们可能容易地使用本揭示内容，作为其他制程和结构的设计和修改的基础，以实现与在此介绍的实施方式或实施例的相同的目的，和/或达到相同的优点。本领域技术人员亦应理解，与这些均等的建构不脱离本揭示内容的精神和范围，并且他们可进行各种改变、替换、和变更，而不脱离本揭示内容的精神和范围。