[发明专利]一种用于金属刻蚀机的刻蚀腔内部沉积面表面处理方法

说明书

本发明公开了一种用于金属刻蚀机的刻蚀腔内部沉积面表面处理方法，包括：对陶瓷介质窗的内表面进行加工，使陶瓷介质窗直接朝向腔室的部分内表面的粗糙度增加至Ra5～Ra6，且陶瓷介质窗与腔盖之间的密封面的粗糙度降低至R0.4以下；在陶瓷介质窗的外表面上增加热源，使陶瓷介质窗在晶圆加工过程中，维持自身温度在80℃以上。本发明结合增加粗糙度和高温辅助两种辅助方案，使金属刻蚀机反应腔的工艺时沉积膜能够持续不破裂的时间延长至180射频小时以上，继而减少开腔清洗周期，增加产能。

技术领域

本发明涉及半导体干法刻蚀技术领域，具体而言涉及一种用于金属刻蚀机的刻蚀腔内部沉积面表面处理方法。

背景技术

在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及0.13um以上的逻辑产品中。

目前金属刻蚀机的刻蚀腔广泛采用双射频功率源设计。偏置功率用来加速正离子，提供垂直的物理轰击，源功率用来提高反应腔体内的等离子体的浓度。这种双功率的设计可以实现对离子体的能量和浓度的独立控制，扩大了刻蚀工艺的工艺窗口和性能。金属刻蚀机的刻蚀腔主要包括预真空室、刻蚀腔、供气系统和真空系统四部分。其中刻蚀腔体是等离子体刻蚀机的核心结构，它对刻蚀速率、刻蚀的垂直度以及粗糙度都有直接的影响。如图1所示，刻蚀腔的主要组成部分有：射频线圈001、陶瓷介质窗002、腔盖003，进气喷嘴004、屏蔽罩008、激励射频电源011、匹配网络010、气体源012、偏压电极020、等离子体反应腔室022、偏置射频电源021、匹配网络025、压力控制阀023、真空泵024预抽管道029、预抽阀026、前级阀027、前级管道030、干泵028等组成。其中刻蚀腔内部为真空腔室，工艺时处于真空状态，真空腔室内壁由多个部分组成。金属刻蚀机刻蚀腔在工艺过程中，真空腔室内会产生大量反应产物，大部分反应产物会被真空泵024抽走，但有部分反应产物会沉积到反应腔四周，包括陶瓷介质窗002在真空内的内、反应腔室022在真空内的面、偏压电极在真空内的面等。这些反应产物在上述反应腔内壁上形成一层沉积膜，尤其是电极正上方的陶瓷介质窗002上沉积的膜层产物最厚，这部分沉积膜在一段时间后由于应力、温度等原因破裂，最终落到腔室内各处，部分破碎的膜层落到晶圆上，会影响工艺结果甚至损坏晶圆，这样就必须停产开腔清洗，所以普通金属刻蚀机的沉积层持续不破裂的时间决定着刻蚀腔可以多久不停产。

专利号为KR1020070006326A的发明中同时提出了可以使表面粗糙度控制在120uinch(3um)或以上。进一步地，专利号为US20060086458A1的发明中提出了一种陶瓷衬里表面粗糙度的控制方法，通过磨蚀工艺对陶瓷衬里进行处理，将表面粗糙度改变为140±40μinch(3.5±1um)，使等离子气体反应形成的聚合物粘附在陶瓷衬里上。该发明还指出，如果表面太光滑(＜100μinch，即＜2.5um)，则如果表面太粗糙(＞180μinch，即＞4.5um)，则聚合物不会再次粘附，因为表面太脆，因此140±40μinch是一个更为合理的粗糙度选择。前述两个发明通过在允许范围内增加表面粗糙度的方法来增加聚合物的吸附力，延长了腔室的单次使用时长。但经实践论证，前述粗糙度对于腔室单次使用时长的延长效果有限，普通的腔室由于腔室环境的原因一般仅能维持工艺100小时以内，影响客户产能。

专利号为CN109671607A的发明中提出了一种工件的加工方法和工艺腔室，对于介质窗的加工方法提出了新的构想，首先对介质窗的中间半成品的表面进行喷砂处理，在利用酸性溶液浸泡喷砂处理后的中间半成品表面，使介质窗的表面粗糙度值维持在Ra6.3～Ra12.5之间，从而，介质窗的表面可以吸附更多的工艺副产物，避免工艺副产品从介质窗的表面脱落，形成颗粒杂质，从而可以提高晶圆的加工量率。但该加工过程需要同时进行喷砂和酸性溶液侵泡处理，加工过程相当复杂且参数难以控制。

发明内容