專利名稱：鋁質等離子體室部件的清潔方法
鋁質等離子體室部件的清潔方法
背景技術：
自20世紀80年代以來，鋁合金和陽極化鋁由于其獨特的性能和較低的成本，已被廣泛地用作等離子體蝕刻室的部件涂層、去膠室、和工藝包。此外，可以預料的是，今后它們還將繼續作為等離子體蝕刻室涂層或去膠室。隨著蝕刻特征尺寸收縮至45納米、32納米、甚至25納米以及新的蝕刻應用，鋁和陽極化鋁的去污和表面清潔已成為實現硅晶片制造高產率的重要因素。因此，提供鋁和陽極化鋁的改善的精密濕法清潔，以達到零顆粒、低過渡金屬污染和低的諸如Na (鈉)和K(鉀)等可動離子水平，但不會引起裸鋁/或下伏鋁的腐蝕和陽極化鋁獨特特性的退化，這是合乎期望的。現有的裸鋁及陽極化鋁的精密濕法清潔程序，其包括在線和離線的精密濕法清潔程序，在半導體行業中已進行了多年。然而，已表明過去并沒有引起技術上關注的裸鋁和陽極化鋁表面的相對高的金屬污染水平會造成蝕刻工具的生產率的問題。每家供應商一般都有自己的清潔裸鋁及陽極化鋁的濕法清潔方法。在大多數情況下，表面的清潔度不佳且不一致。此外，供應商沒有方法來評估裸鋁和陽極化鋁暴露于不同的化學品后的化學相容性。用于維持表面清潔后的清潔度的定量數據也不能得到。存在許多的問題，包括世界范圍內的濕法清潔設備供應商缺乏設備和技術，以對精密濕法清潔前后進行陽極化鋁鑒定。例如，目前認為，只有美國和日本具有這樣的設施來進行這些研究。此外，以前的裸鋁和陽極化鋁的濕法清潔方法或程序不能對裸鋁和陽極化鋁提供一致的表面清潔。對于小特征尺寸蝕刻和新蝕刻應用，先前存在的清潔方法在裸鋁和陽極化鋁上產生了高水平的可動離子和過渡金屬。因此，產量會受到高金屬污染水平的影響。此外，從事小蝕刻特征尺寸和新蝕刻應用的制造商通常面臨在生產晶片中高濃度鈉和鉀以及其他過渡金屬的挑戰。鋁和陽極化鋁室部件高程度的金屬污染會引起產量下降，除非金屬污染被除去。因此，合乎期望的是，獲取清潔等離子體室的具有鋁或陽極化鋁表面的組件的系統和方法，從而解決上面提到的問題。
發明內容
根據一示例性實施方式，清潔等離子體室組件的鋁或陽極化鋁表面的方法包括步驟:把該表面浸泡在稀釋的硫酸過氧化物(DSP)溶液中；在該表面從該DSP溶液移除后，用水噴射沖洗該表面；把該表面浸泡在稀硝酸(HN03)溶液中；在該表面從該硝酸溶液移除后，用水噴射沖洗該表面；且重復在稀硝酸中浸泡該表面然后噴射沖洗該表面的步驟至少兩次。根據另一示例性實施方式，提高等離子體室組件的陽極化鋁表面的耐腐蝕性的方法包括步驟:在等離子體室中等離子體處理半導體基板之后，把該組件從等離子體室移除；在該陽極化表面上執行濕法清潔工藝；且在該濕法清潔工藝之后，在該陽極化表面上進行熱去離子水(DIW)密封。
具體實施例方式集成電路芯片的制造通常始于被稱為“晶片”的高純度單晶半導體材料基板(如硅或鍺等)的薄的拋光薄片。在等離子體反應室(或等離子體室)中每個晶片進行一系列物理和化學處理步驟，從而在晶片上形成各種電路結構。在制造過程中，可以使用不同的技術將各種不同類型的薄膜沉積在晶片上，例如使用熱氧化以產生二氧化硅膜；使用化學氣相沉積以產生硅膜、二氧化硅膜和氮化硅膜；以及使用濺射法或其它技術以產生其他金屬膜。在半導體晶片上沉積膜之后，通過使用被稱為摻雜的工藝把選定的雜質摻入半導體晶格以產生獨特電氣特性的半導體。然后可以在摻雜的硅晶片上均勻地涂上被稱為“抗蝕劑”的光敏材料或輻射敏感材料的薄層。然后，可以使用被稱為光刻的工藝將定義在電路中的電子路徑的小幾何圖案轉印到抗蝕劑上。在光刻過程中，集成電路圖案可以被繪制在被稱為“掩膜”的玻璃板上，然后通過光學方式還原、投射、并轉印到光敏涂層。隨后，光刻抗蝕劑圖案通過稱為蝕刻的工藝被轉印到半導體材料的下伏結晶性表面。通常使用真空處理室，通過向真空室供給蝕刻或沉積氣體并且向該氣體施用射頻(RF)場以將該氣體激發成等離子體狀態，從而刻蝕和化學氣相沉積(CVD)基板上的材料。一種反應性離子蝕刻系統通常由其內具有上部電極或陽極和下部電極或陰極的蝕刻室組成。該陰極相對于陽極和容器壁負偏置。待蝕刻的晶片覆蓋有合適的掩膜，并直接放置在陰極上。化學反應性氣體(例如CF4, CHF3, CCIF3, HBr, Cl2和SF6或它們的混合物與02，N2, He或Ar)導入蝕刻室中，且壓強通常保持在毫托級范圍內。該上部電極是設置有氣體出口的網狀電極，該氣體出口使得氣體能夠通過該電極均勻地分散到室中。在該陽極和陰極之間建立的電場將反應性氣體電離，形成等離子體。通過與活性離子的化學相互作用，以及通過離子撞擊晶片表面傳遞動量，對該晶片表面進行蝕刻。由電極產生的電場將離子向陰極吸引，導致離子基本沿垂直方向撞擊該表面，使得該方法產生出界限清楚的垂直的蝕刻側壁。正如共同擁有的美國專利N0.6，376，3 85中所公開的，該專利的全部內容通過引用方式并入本文，用于可以進行例如單個晶片等半導體基板的處理的等離子體反應室的電極組件可以包括支持構件或環、電極(例如圓盤形的硅網狀電極)、以及介于所述支持構件和電極之間的彈性接頭。支持構件或環可以由石墨、鋁(包括鋁和鋁合金，例如，6061 Al)、和/或碳化硅制成。但是，使用諸如在共同擁有的美國公布的專利申請N0.2010/0003824和N0.2010/0003829所公開的凸輪鎖之類的機械緊固件可以將電極板可拆卸地連接到鋁質支持板上。鋁質支持板可以具有裸露的鋁外表面(即，原生氧化層的外表面)，或在全部或僅僅部分該外表面上形成的陽極化的外表面(即，陽極化鋁)。陽極化鋁包括下伏的或裸露的鋁表面，其具有相對非多孔鋁氧化物的薄阻擋層和鋁氧化物的厚多孔層的陽極膜。此外，電極組件可以包括環繞內電極并可選地通過介電材料與內電極分離的外電極環或部件。外電極部件可用于延伸單晶硅電極以處理較大的晶片，如300毫米晶片。與內電極相似，外部電極部件優選地設置有支持構件，例如，外環可包括電接地的環，外電極部件可以是連結到該環的彈性體。該內電極和/或外電極部件的支持構件可以有安裝孔，用于在電容耦合等離子體處理工具中的安裝。該內電極和外電極部件優選由單晶硅組成，以盡量減少電極組件的污染。外電極部件可以包含單晶硅的排布成環狀結構的多個段(例如，6段)，每個段連結(例如，彈性體連結)到支持構件上。另外，在環狀結構中相鄰的段可以重疊，在相鄰的段之間有間隙或節點。如上所述，等離子體室內的組件在其全部或者僅部分外表面上可以形成有鋁外表面或陽極化鋁外表面。鋁和/或陽極化鋁組件的例子是電容耦合等離子體室的硅網狀電極組件的鋁質支持板。具有鋁或陽極化鋁表面的組件的其他例子包括電容或電感耦合等離子體室中的網狀電極組件的擋板、擋板環、襯墊、室壁、和/或氣體分散板。本文所述的方法可用于等離子體室的具有暴露表面和/或可能暴露于等離子體的表面的任何鋁或陽極化鋁組件和/或零部件。根據一示例性實施方式，公開了一種清潔等離子體室的組件的鋁或陽極化鋁表面的方法，其中，該組件具有本文所披露的裸露的鋁或陽極化鋁表面。該方法包括步驟:把該表面浸泡在稀釋的硫酸過氧化物(DSP)溶液中；在該表面從該DSP溶液移除后，用水噴射沖洗該表面；把該表面浸泡在稀硝酸(HNO3)溶液中；在該表面從該硝酸溶液移除后，用水噴射沖洗該表面；且重復在稀硝酸中浸泡該表面然后噴射沖洗該表面的步驟至少兩次。根據一示例性實施方式，本文所述的方法是基于對化學溶液的選擇，其可以有效地清潔裸鋁和陽極化鋁，并且對陽極化鋁的獨特性能沒有潛在的影響。如本文所述的方法和系統考慮了進行額外的化學處理前和后陽極化鋁的獨特性能和陽極化鋁的化學相容性的一些關鍵參數。此外，在精密濕法清潔前后對陽極化鋁和裸鋁表面進行系統性ICPMS(電感耦合等離子體質譜)分析，以支持本發明的結果。根據一示例性實施方式，本文所述的方法降低了源于鋁和陽極化鋁表面的金屬污染水平，以滿足45nm，32nm或者甚至更小蝕刻特征尺寸的要求，這對于介電和導電等離子體蝕刻應用已變得重要了。對裸鋁和陽極化鋁進行精密濕法清潔，減少諸如Na和K等可動離子是艱巨的任務。因為鋁合金本身的性質以及可用于清潔陽極化鋁而不會造成任何損害的化學品的數量的限制，降低裸鋁和陽極化鋁表面Na和K的水平以及其他過渡金屬的水平是困難的。例如，在具有復雜特征的陽極化鋁部件上通常可觀察到高水平的Na和K。不能在相對高的溫度(即，在130°C或更高)下處理陽極化鋁，因為高溫會導致陽極膜的裂紋，從而大大降低陽極化鋁的耐腐蝕性。此外，腐蝕性化學品不能用于清潔陽極化鋁，因為該類化學品溶液會攻擊陽極化鋁，從而引起陽極膜的退化。因此，最軟的清潔方法是耗時的，不是有效的，以及在清潔和諸如去離子水(DIW)、濕巾和溶劑等材料消耗方面具有相對高的成本，并且在軟清潔后的金屬污染水平不是一致的。多年來，NH4OH (氫氧化銨)和H2O2 (過氧化氫)的混合溶液和稀乙酸溶液已被用來清潔陽極化鋁組件。這些溶液通常是軟的，并不會造成陽極化鋁嚴重的破壞。然而，使用這些溶液已顯示出了對陽極化鋁的耐腐蝕性能的退化具有有限的影響。事實上，這兩種溶液已被用于在線清潔陽極化鋁室。不過，已發現，稀乙酸可與一些金屬離子形成絡合離子，并對陽極化鋁的耐腐蝕性沒有影響。同時，H2O2可以與金屬發生反應，形成金屬離子，且NH4OH可以與金屬離子發生反應，形成絡合離子。由于過氧化氫的強氧化性質，裸鋁暴露于過氧化氫溶液一段相對長的時間后，例如30分鐘或更長的時間，可能發生點腐蝕，其中氧原子與鋁合金反應，并且能發生點腐蝕。暴露30分鐘或更長時間后，NH4OH和H2O2的混合溶液也會導致在陽極化鋁表面產生污潰。該污潰通常可以使用Scotch-Brite 和DIW(去離子水)去除。使用NH4OH和H2O2混合溶液和稀乙酸溶液對陽極化鋁表面進行清潔具有一定的局限性，特別是在不同程度的Na和K的移除方面。這些溶液在移除例如銅、鐵、鈷、鋅、鈦、鑰、鎳、鎢和鉻等一些移動金屬方面也有局限性。為了提高裸鋁和陽極化鋁的表面清潔度，需要考慮溶液的強氧化電位。例如，含有硫酸和過氧化氫的稀DSP能有效移除聚合物和金屬。稀HNO3酸(硝酸)也能移除大部分金屬，特別是銅、鐵、鈷、鋅、鈦、鎳等。同時，40wt% (重量百分比)的濃HNO3可用于標準程序檢查陽極化DIW的密封質量。例如，40wt% (重量)的HNO3溶液可滴至陽極化鋁表面持續5分鐘，然后該區域用DIW清潔。如果有顏色的變化，DIW密封的質量往往是差的。此外，對于具有良好DIW密封的高品質陽極化鋁，用40wt%的HNO3攻擊5分鐘后，不能觀察到顏色變化。根據一示例性實施方式，合乎期望的是，使用例如稀DSP (稀釋的過氧化稀硫酸)和稀HNO3酸溶液等化學溶液，以提供一種有效的溶液，用于清潔等離子體室的具有鋁和/或陽極化鋁表面的使用過的組件。根據示例性實施方式，清潔溶液優選包括含有約5.0vol%的98 wt% H2SO4水溶液、5.0vo 1%的30% H2O2水溶液及90vol %的UPW (超純水)的稀DSP混合水溶液，和/或具有濃度約為2至5wt%的HNO3溶液和作為余量的水的稀HNO3溶液。根據一示例性實施方式，使用電化學阻抗譜(EIS)、如在共同擁有的美國專利公布N0.2008/0241517中公開的HCl起泡試驗、和擊穿電壓測量，對陽極化鋁試樣或部件進行的標準陽極化鋁研究作為基準執行。這三種參數通常是陽極化鋁的關鍵參數。該HCl起泡試驗測量從玻璃管中陽極化層上的HCl溶液產生的H2氣泡。此外，如本文所闡述的方法可以在裸鋁和/或陽極化鋁表面執行。根據示范性實施例，該方法的步驟包括:1.把等離子體室的具有的裸露的非陽極化鋁和/或陽極化鋁表面的組件(即，組件)在丙酮中浸泡約10分鐘；2.把該組件在IPA (異丙醇)中浸泡約10分鐘；3.用UPW (超純水)噴射沖洗該組件約I分鐘；4.把該組件在新鮮的稀DSP溶液中浸泡約5分鐘；5.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘；6.把該組件在5wt %的HNO3溶液中浸泡約3分鐘；7.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘； 8.把該組件在5wt %的HNO3溶液中浸泡約3分鐘；9.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘，并用CDA (清潔干燥的空氣)或氮吹干；10.把該組件移至1000級潔凈室；11.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘；12.用2wt% HNO3擦拭該組件的一側約I分鐘；13.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘；14.用2wt% HNO3擦拭該組件的另一側約I分鐘；15.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘；16.在40kHz以8-16W/平方英寸的功率密度對該組件進行超聲波清潔約10分鐘；17.用UPW噴射沖洗該組件約2分鐘；
18.用CDA或氮把該組件吹干；19.在250° F下烘焙該組件約1小時；20.冷卻該組件；和21.封裝該組件。雖然優選上文所列的時間，但可以使用不同的時間，包括任意浸泡和/或沖洗該組件不同的時間，例如約1至5分鐘，更優選約2到5分鐘。此外，HNO3濃度可根據對該組件的浸泡和/或沖洗時間的長度不同而變化，對該組件的浸泡和/或沖洗時間的長度根據硝酸(HNO3)溶液濃度而確定，并且其中，針對較低濃度硝酸(HNO3)的浸泡和/或沖洗時間優選長于針對較高濃度硝酸(HNO3)的浸泡和/或沖洗時間。根據另一示例性實施方式，該浸泡和/或沖洗時間可包括該組件在丙酮中浸泡10至30分鐘(例如，步驟1 )，該組件在新鮮(或新)的稀DSP溶液中浸泡約3 10分鐘(例如，步驟4);該組件在5wt%的HNO3溶液中浸泡約2飛分鐘(例如，步驟6和步驟8);用2wt%的HNO3擦拭該組件的一側約f 2分鐘(例如，步驟12和14)和在40kHz以8-16W/平方英寸的功率密度對該組件進行超聲波清潔約1(Γ20分鐘(例如，步驟16)。根據另一示例性實施方式，對陽極化鋁在各種稀HNO3溶液中暴露2小時后的化學相容性進行了研究，以確定在ICPMS分析抽樣檢驗過程中是否可以觀察到針對陽極化鋁獨特性能的任何潛在影響。在ICPMS分析抽樣檢驗過程中陽極化鋁表面污染分析可使用
0.2wt%的HNO3溶液。因此，陽極化的樣品或部件(即，組件)在稀硝酸溶液中浸泡至少一個小時。然后，該稀HNO3溶液用于ICPMS分析，以確定裸鋁及陽極化鋁的表面污染程度。化學相容性研究結果總結于表1。根據示例性實施方式，在多孔層電阻(Zro)和阻擋層電阻(Rb)上標準類型III的陽極化的規范可以定義如下:Zra (歐姆-平方厘米)>1.0X IO6 ;以及Rb (歐姆-平方厘米)>1.0 X 108。如表I中所示，對于稀DSP溶液、5wt%硝酸溶液、和0.2wt%硝酸溶液，通過把陽極化表面浸潰在DSP溶液中5分鐘，然后在5%硝酸溶液中5分鐘，然后在0.2wt %的硝酸溶液中2小時，對暴露的陽極化表面進行清潔，在耐酸腐蝕性、整體阻抗和擊穿電壓方面，陽極化鋁并沒有退化。表1-陽極化鋁的化學相容性研究結果概要
權利要求
1.一種清潔處理半導體基板的等離子體室的組件的鋁或陽極化鋁表面的方法，該方法包括: 把該表面浸泡在稀釋的硫酸過氧化物(DSP)溶液中； 把該表面從該DSP溶液中移除之后，噴射沖洗該表面； 把該表面浸泡在稀硝酸(HNO3)溶液中； 把該表面從該硝酸溶液移除之后，噴射沖洗該表面；且 重復在稀硝酸中浸泡該表面然后噴射沖洗該表面的步驟至少兩次。
2.根據權利要求1所述的方法，其還包括，在把該表面浸泡在該稀釋的硫酸過氧化物(DSP)溶液中之前，執行以下步驟: 把該表面浸泡在丙酮中； 將該表面從丙酮中移除后，把該表面浸泡在異丙醇(IPA)中； 把該表面從IPA中移除后，用水(超純水)噴射沖洗該表面。
3.根據權利要求1所述的方法，其還包括，重復在硝酸中浸泡該表面然后噴射沖洗該表面的步驟至少兩次之后，對該表面進行超聲波清潔。
4.根據權利要求3所述的方法，其還包括，在超聲波清潔之后，噴射沖洗該表面，并用清潔干燥的空氣(CDA)或氮吹干該表面。
5.根據權利要求4所述的方法，還包括，在該噴射沖洗和吹干該表面之后，烘焙該表面。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，該DSP溶液含有約5.0vo 1%的98wt% H2SO4溶液、5.0vo 1% 的 30% H2O2 溶液、及 90vol % 的超純水(UPW)。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述稀HNO3溶液具有濃度約為2至5wt%的HNO3和作為余量的水。
8.根據權利要求1的方法，還包括，使用至少兩種不同的稀硝酸溶液執行該重復在稀硝酸中浸泡該表面然后噴射沖洗該表面的步驟至少兩次。
9.根據權利要求1的方法，還包括，在稀硝酸溶液中浸泡該表面之后用稀硝酸擦拭該表面，并且其中，該稀硝酸擦拭是通過使用在濃度為約2wt %的HNO3且余量為水的溶液中浸潰的濕巾進行的，且該稀硝酸溶液具有濃度約為5wt%的HNO3和作為余量的水。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，把該表面浸泡在該約5wt%HNO3溶液中的步驟進行約2飛分鐘。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，把該表面浸泡在稀釋的硫酸過氧化物(DSP)溶液中的步驟進行約5分鐘。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述把該表面浸泡在稀HNO3溶液中的步驟還包括把該表面在約5wt% HNO3溶液中浸泡約5分鐘。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述表面是陽極化表面，所述方法還包括，把該表面在約0.2wt% HNO3溶液中浸泡約2小時，接著用HCl起泡試驗評估該陽極化表面的耐腐蝕性。
14.根據權利要求3所述的方法，其中，對該表面進行超聲波清潔的步驟包括，在40kHz下以8-16W/平方英寸的功率密度清潔該組件約10至20分鐘。
15.根據權利要求1所述的方法，其中，所述表面是陽極化鋁表面，且還包括在該表面的該清潔之后，在該陽極化鋁表面上執行熱去離子水(DIW)密封。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括: 在該室中對半導體基板進行等離子體處理之后，從該室中移除該陽極化鋁表面；且 在該陽極化鋁表面的該清潔之后，在該陽極化鋁表面上進行該熱DIW密封。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括:在該等離子體處理的約24小時內在該陽極化鋁表面上進行該熱DIW密封。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，該熱去離子水密封進一步包括，把該陽極化鋁表面放入pH值在約5.7和約6.2 之間、溫度為約98°C -約100°C的熱DIW罐中。
19.根據權利要求16所述的方法，還包括，對于陽極化層厚度約2.0密耳的表面，進行該熱DIW密封約150分鐘，或者對于陽極化層厚度約3.0密耳的表面，進行該熱DIW密封約225分鐘。
20.根據權利要求16所述的方法，還包括，在該熱DIW密封之后，進行精密濕法清潔。
全文摘要
一種清潔等離子體室組件表面的方法，其中該組件具有鋁或陽極化鋁表面，該方法包括步驟把該組件的該表面浸泡在稀釋的硫酸過氧化物(DSP)溶液中；把該表面從該DSP溶液中移除之后，噴射沖洗該表面；把該表面浸泡在稀硝酸(HNO3)溶液中；把該表面從該硝酸溶液中移除之后，噴射沖洗該表面；且重復在稀硝酸中浸泡該表面然后噴射沖洗該表面的步驟至少兩次。
文檔編號B08B3/02GK103084353SQ20121041191
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月25日 優先權日2011年10月31日
發明者石洪, 約翰·多爾蒂, 迪安·J·拉森, 黃拓川, 阿門·阿沃揚, 杰里米·張, 西瓦克米·拉馬納坦, 羅伯特·安德森, 方言, 杜安·烏特卡, 保羅·馬爾格魯 申請人:朗姆研究公司