干法刻蝕反應(yīng)腔部件表面涂層研究

1、干法刻蝕反應(yīng)腔部件表面涂層研究類別：光刻刻蝕 作者：林堅(jiān)，汪輝 廣告主： 發(fā)布時(shí)間：2008-12-07 19:55:01 已有26人瀏覽出自：林堅(jiān)，中芯國際；汪輝，上海交通大學(xué)微電子學(xué)院 干法刻蝕反應(yīng)腔體內(nèi)很多非消耗部件表面會(huì)有一層非常致密的涂層來保護(hù)部件，但是干法刻蝕的電漿有很強(qiáng)的物理轟擊能量，所以這些零件的表面涂層多少會(huì)被慢慢 消耗。再加上部件清洗過程也會(huì)消耗這些涂層，涂層的消耗變薄會(huì)影響到腔體的制程，并最終影響產(chǎn)品良率。本文通過一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)線上的實(shí)際結(jié)果，驗(yàn)證 了涂層對產(chǎn)品的相關(guān)性。通過對涂層的控制來控制工藝的穩(wěn)定性，并且提高產(chǎn)品的良率。涂層的種類和涂層方法簡單來講，部件上的涂

2、層主要目的是增加部件的壽命和提高腔體的穩(wěn)定性。目前在半導(dǎo)體業(yè)界常用的涂層材料有：1.alumina (al2o3) 2.yttrla (y2o3) 3.alumina + yttrla。4.aluminum (al) 5.titanium (ti)陽極氧化鋁。涂層施加的方式主要有兩種方式：1.plasma spray coating(電漿轟擊部件的表面，使形成一層需要的薄膜)；2.陽極電鍍，做陽極化處理。這幾種涂層材料和涂層處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在使用上也有不同 的效果。在干法刻蝕中，以200mm為例，應(yīng)用材料的e-max 和supper-e 機(jī)臺(tái)里面的liner全部是用陽極處理al2o3，而到

3、了300mm應(yīng)用材料dps poly里的liner是用y2o3電漿轟擊部件的表面，使形成一層y2o3薄膜。這是因?yàn)閥2o3更不容易被電漿消耗，部件的生命周期變長，而且y2o3的涂層更能減少particle的產(chǎn)生因而提高產(chǎn)品的良率。不同的材料coating和涂層的厚度，粗糙度都會(huì)直接影響產(chǎn)品的良率。如何管控這些部件、如何檢測和控制這些部件涂層的膜厚和粗糙度是產(chǎn)品良率是否能提高的重要部分。圖1是在相同的測試條件下對同樣部件表面不同涂層消耗的數(shù)據(jù)。plasma sprayed的涂層被腐蝕的厚度小于anodizing。從圖1我們不難看出幾點(diǎn)結(jié)論：1. plasma sprayed 抗腐蝕能力優(yōu)于陽極電

4、鍍(anodizing).2. y2o3材料抗腐蝕能力優(yōu)于al2o3。問題描述生產(chǎn)線上由于腔體里面的部件表面涂層的原因造成產(chǎn)品報(bào)廢的事情時(shí)有發(fā)生，曾經(jīng)在200mm的amat super-e機(jī)臺(tái)上發(fā)生了由于部件涂層的問題造成產(chǎn)品的良率下降的問題。如圖2所示，這組關(guān)鍵的電性參數(shù)在腔體做完保養(yǎng)后就變得非常發(fā)散，并且良率下降。具體分析可以看出，這些發(fā)散的點(diǎn)全部集中在邊緣。如圖3所示。再進(jìn)行offline的加強(qiáng)測試發(fā)現(xiàn)，在對應(yīng)的位置刻蝕速率也有異常。如圖4所示在wat異常的位置蝕刻率也特別高。圖形和wat 圖形完全對應(yīng)。但是當(dāng)更換另外一套部件后，此現(xiàn)象就消失了。比較兩套部件，發(fā)現(xiàn)有問題的部件表面的涂層已

5、經(jīng)損耗的很嚴(yán)重了。最嚴(yán)重的地方al已經(jīng)裸露，如圖5所示。正常的liner表面有一層致密的al2o3的陽極電鍍膜。發(fā)生問題的表面的涂層已經(jīng)消耗殆盡。原先的陽極鍍膜是絕緣性很好的涂層，可以防止在干法刻蝕腔體里的電漿能量被消耗。當(dāng)涂層被消耗后，al金屬裸露在電漿環(huán)境中勢必會(huì)影響電漿在腔體里的分布，導(dǎo)致不均勻。以上的這個(gè)例子是很典型的涂層直接影響的例子。此外還有很多由于涂層的粗糙度、涂層材料的不同而表現(xiàn)出來的產(chǎn)品良率不同的例子。這些例子告訴我們對部件涂層的研究和管控是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。需要進(jìn)行深入的研究和嚴(yán)格的管控。解決方案既然部件的涂層如此重要，我們必須對涂層的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行定義和量測，并進(jìn)行嚴(yán)格的

6、控制。到目前為止，涂層的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)會(huì)對產(chǎn)品有很大的影響。涂層的粗糙度粗糙度對于那些腔體反應(yīng)生成物比較多，在部件表面物理沉積物比較多的制程，比較關(guān)鍵。如果粗糙度不夠不利于這些物理沉積物的沉積，那形成的沉積層會(huì)比較松散，比較容易剝落，這樣就會(huì)容易掉落到產(chǎn)品上而影響產(chǎn)品良率。涂層的厚度不同涂層的厚度反映了不同的絕緣性能，而不同的絕緣性能就會(huì)影響電漿的能量分布和能量消耗。涂層的厚度和粗糙度在每次清洗完部件后進(jìn)行量測，并定義一個(gè)安全的標(biāo)準(zhǔn)。只有這些指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求才能上機(jī)臺(tái)使用。如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)進(jìn)行涂層重鍍作業(yè)。把原先的表面進(jìn)行處理后涂上一層新的涂層，進(jìn)而可以節(jié)約零部件的使用，節(jié)約開銷。不同材料和不同方法獲得的涂層對電漿的抵抗能力不同。不難看出，采用y2o3材料的電漿濺射涂層法獲得的抗腐蝕能力最強(qiáng)。所以對這種方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較，獲得了很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。很多部件的life time有了長足的進(jìn)步，腔體的particle performance 也有了很明顯的改善，如圖6所示圖6表示在y2o3的電漿濺射后mwbc（mean wafer between clean）明顯提高，良率提高了5%，而且部件的生命周期也明顯提高。結(jié)論隨著半導(dǎo)體工藝的持續(xù)發(fā)展，干法刻蝕的線寬越來越窄，對于particle的要求也越來越高。腔體內(nèi)部件表面附著生成物的能力直接影響到最終的良率。對于 機(jī)臺(tái)而言，從200