[发明专利]一种大规模量产中实现稳定的刻蚀速率方法

说明书

本发明公开了一种大规模量产中实现稳定的刻蚀速率方法，包括以下步骤：S1：腔体预处理；S2：低功率预跑片；S3：腔体老化；S4：腔体等离子体预热；S5：正常生产跑片；S6：正常生产跑片结束后等离子体处理。本发明与现有技术的优点是：本发明通过对工艺腔体内部零部件进行预处理和老化，并设计一种腔体压力、气体种类、气体比例在晶圆跑货中始终维持稳定的方法，解决了造成的刻蚀/去胶速率和腔体材质的不稳定现象。稳定的跑片工艺，提高了成品率，减少了研发或者量产过程中的故障检查，节约了大量的人力物力。

技术领域

本发明涉及一种稳定刻蚀速率方法，尤其涉及一种大规模量产中实现稳定的刻蚀速率方法，属于晶圆制造技术领域。

背景技术

在半导体制造工艺中，通常晶圆会被按序放在一个晶圆载盒中按照从下至上的顺序进行跑片，这种晶圆盒通常有12槽或者25槽（如图1所示）。每一片晶圆完成工艺后，会从工艺腔体中取出，然后腔体等待下一片晶圆到来。这时的工艺腔体可以不进行任何动作，也可以进行无晶圆等离子体净化处理，比如使用清洁处理的气体，如氧气来去除工艺过程中腔体内残留的聚合物；也可以使用腔体沉积的气体，如SiCl₄来保护腔体，使得腔体内壁产生一个含Si成分的保护层；无论如何，目的都是使得在不同时期跑货的每一片晶圆在工艺腔体中从工艺开始至结束能够得到几乎相同的腔体内部环境，这样有利于控制工艺的稳定性。图2显示了刻蚀/去胶速率随着跑片顺序逐渐变高的趋势，使得线宽逐渐变大，在晶圆制造中是不被允许的。这种初始晶圆速率低，随着跑片量的增加，速率越来越快的现象，通常被成为“首片效应”。另外，随着跑片数量的增加，速率变低或者速率变化非常大也是不被允许的。

另一个考虑是，随着腔体的大量跑货，不能产生微型颗粒，因此需要对新腔体的内壁进行老化加固。这种老化加固通常的方法是跑500-1000片的工艺，这些工艺有可能是高功率条件，这些突然恶化的条件可能使得腔体内壁材质处于一种不稳定的状态，会存在突然掉落或者粘附性逐步松懈的可能。因此，在大量的跑片前对腔体进行合适的处理就显得非常必要。

第三，对于通氧气类的等离子去胶设备，无论跑片多少，自始至终腔体都处于一个清洁的状态，通常不需要晶圆之间的特殊处理，因此上一片晶圆取出后，工艺腔体就在等待下一片晶圆到来，期间不进行任何等离子处理。虽然腔体始终处于清洁状态，但连续工艺造成的热量积聚是不可避免的，而且大规模量产也不允许等到腔体完全冷却后再进行下一片工艺（会影响产出），有些腔体设计了通过水冷来自动控制工艺腔体温度，从而达到每片晶圆工艺温度的稳定性。

然而，水冷不会遍及的整个腔体，总有部分材质不会受到水冷的顾及，因此腔体的热不稳定性和积累效应始终存在。另外，腔体内壁、gas baffle（离子滤网）、载盘形貌也会随着等离子体作用时间的增加而发生变化，进而造成工艺不稳定。因此，如何控制腔体的老化、状态、跑货顺序，成为一项难度棘大的事情。同时，随着跑片数的增加，速率增加，CD（关键尺寸）会变大（如图3所示）及腔体掉落的微型颗粒（如图4所示）。

因此，研发一种大规模量产中实现稳定的刻蚀速率方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述不足，提供了一种大规模量产中实现稳定的刻蚀速率方法。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种大规模量产中实现稳定的刻蚀速率方法，包括以下步骤：

S1：腔体预处理：通过等离子体处理对新工艺腔体内壁附着的一些有机和无机的微颗粒进行清除，清除过程中采用高压力和低压力循环处理的方式，循环次数推荐3-10次，通过高压力下等离子体对腔体内表面的化学刻蚀行为和低压力下等离子体对腔体内表面的物理轰击行为进行有机和无机物的清除。

腔体预处理的目的是对新工艺腔体生产完成后，内壁附着的一些有机和无机的微颗粒进行清除，同时对工艺腔体内壁进行一定的氧化处理。高压力可以维持高的气体密度，有利于机加工带来的腔体内壁的各向同性有机物清除和清除后内壁氧化；低压力下会产生更强的粒子轰击效果，从而去除那些黏附在内壁上的微型颗粒物。