[发明专利]用于硅电极部件蚀刻速度和蚀刻均匀性恢复的方法

说明书

技术领域

一种用于清洁具有等离子外露(plasma-exposed)硅表面的用过的电极部件的方法包括抛光该硅表面。优选地，该清洁从硅表面去除黑色硅和金属沾污。该电极部件可用于在清洁后在等离子蚀刻室中蚀刻介电材料。

附图说明

图1A示出用于在清洁过程中支撑电极部件的夹具，而图1B示出图1A的放大区域。

图2A示出新电极部件的硅表面形态，图2B-2D示出用过的电极部件在抛光之前的硅表面形态，而图2E-2G示出用过的电极部件在抛光之后的硅表面形态。

图3和图4示出还没有被清洁的示例性的用过的电极部件。

图5示出示例性的恢复后的电极部件。

图6A示出可能由于酸溶液的擦拭而在内电极部件的硅表面上导致的变色点，而图6B示出可能由于酸溶液的擦拭而在外电极部件元件的硅表面上导致的变色点。

图7A-7D示出在恢复之前和之后的示意性的电极部件。

图8是示出在抛光和循环期间的电极磨损的图。

图9-11示出针对新的、用过的和恢复的电极部件的等离子蚀刻室性能测试的结果。

具体实施方式

用过的硅电极部件在利用该电极部件运行了很多RF小时(在采用射频功率来产生等离子期间以小时为单位的时间)之后，表现出蚀刻速度下降和蚀刻均匀性漂移。蚀刻性能的下降是由于电极部件的硅表面的形态发生变化以及该电极部件的硅表面有沾污所导致的，这些都是介电蚀刻过程的产物。

可以对用过的电极部件的硅表面进行抛光，以去除黑色硅和其它金属沾污。通过用酸溶液进行擦拭，可以很有效地从这种电极部件的硅表面去除金属沾污而不会使硅表面变色，这降低了损坏粘合材料的电极部件的危险。因此，通过清洁电极部件可以将过程窗蚀刻速度和蚀刻均匀性恢复到可接受的水平。

介电蚀刻系统(例如Lam2300Exelan和Lam ExelanHPT)可以包括具有气体排出口的硅喷头电极部件。如通过引用合并与此的、在共同所有的美国专利第6,376,385号中公开的，用于可以执行如单晶片的半导体基底的处理的等离子反应室的电极部件，可以包括支撑元件，如石墨支撑环或元件，电极，如均匀厚度的圆盘形式的硅喷头电极，以及支撑元件和该电极之间的弹性接合点。该弹性接合点允许支撑元件和电极之间的运动，以补偿由于电极部件的温度循环所造成的热膨胀。该弹性接合点可以包括导电和/或导热的填充物，而且弹性材料可以是催化剂固化(catalyst-cured)的聚合体，其在高温下很稳定。例如，弹性接合材料可以包括硅聚合体和铝合金粉末填充物。为了避免酸溶液与电极部件的接合材料相接触—这可能损坏该接合材料，优选地利用酸溶液擦拭用过的电极部件的硅表面。

此外，电极部件可以包括围绕内电极并且可选择地通过介电材料环与内电极分离的外电极环或元件。外电机元件用于扩展该电极以处理更大的晶片，如30mm的晶片。外电极元件的硅表面可以包括扁平表面和倾斜的外边缘。与内电极类似，外电极元件优选地具有支撑元件，例如外环可以包括电接地的环，该外电极元件可以与该电接地的环弹性地接合。内电极和/或外电极元件的支撑元件可以具有安装孔，用于安装在电容耦合的等离子处理工具中。为了将电极部件沾污降至最低，内电极和外电极元件都优选地包括单晶硅。外电极元件可以包括多个设置为环状配置的单晶硅片段(例如6个片段)组成，每个片段都与支撑元件接合(例如，弹性接合)。此外，该环状配置中的相邻片段可以交叠，其中在相邻片段之间存在空隙或接合点。

用在介电蚀刻工具中的硅电极部件在使用该电极部件运行很多RF小时之后恶化，部分是由于黑色硅的形成。“黑色硅”由于表面被等离子处理操作过程中位于表面上的沾污微掩蔽(micro-masked)而形成在等离子外露硅表面上。受到黑色硅形成的影响的具体等离子处理条件包括在中等RF功率时的高氮和低氧和C_xF_y浓度，这是在低K vias蚀刻期间使用的。微掩蔽的表面区域可以是从大约10纳米到大约10微米的范围。虽然不希望受任何具体理论约束，但是在硅电极的等离子外露表面(或其它硅部位)上的黑色硅形成相信是由于在等离子处理操作期间在硅电极上不连续的聚合体沉积而形成的。