一种利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法，包含：步骤1，将静电吸盘置于原子层沉积反应器中，通入第一反应气体，进行第一化学吸附，使得第一反应气体吸附至静电吸盘表面；步骤2，采用氮气流吹扫；步骤3，通入第二反应气体，进行第二化学吸附；步骤4，采用氮气流吹扫；步骤5，重复步骤1-4，直到所述静电吸盘符合要求。本发明专利技术利用ALD工艺增强原E-chuck的孔附近的耐击穿性能，对其进行有效的绝缘防护，达到稳定运行和延长使用寿命、降低成本的作用。该方法不仅有效解决电弧放电问题；且工艺过程不引入颗粒与金属污染；尤其适用于高功率和/或高温具有腐蚀性工艺气体的等离子体刻蚀环境。蚀环境。蚀环境。

【技术实现步骤摘要】
一种利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法


[0001]本专利技术涉及半导体刻蚀技术中用到的等离子设备的抗腐蚀技术，具体涉及一种利用ALD(原子层沉积，Atomic layer deposition)技术改进静电吸盘耐击穿性能的方法。

技术介绍

[0002]半导体刻蚀技术是利用等离子体或等离子体与腐蚀性气体共同实现选择性腐蚀的半导体生产工艺技术。
[0003]静电吸盘(electrostatic chuck，简称E-chuck或ESC)是等离子体处理装置(如，等离子体刻蚀装置)的一个关键组件。由于常作为下电极与基片承载器而工作，静电吸盘应具备一些基本的材质性能与功能，比如，足够的硬度以应付基片在垂直方向上的吸附和解吸附移动过程中产生的摩擦磨损，高电阻率以保持电绝缘性能，材料结构稳定性以及对等离子体刻蚀的高抵抗力，良好的热传导性以维持基片温度的均匀性，等等。另外，静电吸盘应具有优良的电学及物理性能以提供以下工艺功能，比如，吸附/解吸附(chuck/de-chuck)，低泄漏电流(low leakage current)，以及高绝缘强度(dielectric strength)或者说高击穿电压(breakdown voltage，Vbd)。
[0004]但是，现有的静电吸盘通常通过将陶瓷圆盘(ceramic puck)粘接至铝基座或阳极氧化铝基座而制成。陶瓷圆盘通常由氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)制成，以实现可控的静电吸盘功能，比如，吸附/解吸附，射频匹配(RF coupling)等。当静电吸盘工作在卤族元素(比如，F、Cl)等离子体环境时，不管是陶瓷基(比如，Al2O3或AlN)还是整个组件都将遭受等离子体攻击，整个组件被等离子体腐蚀。等离子体腐蚀会改变陶瓷圆盘的表面形态、化学组分与材料性质(比如，表面粗糙度、电阻等)，进而严重影响静电吸盘的使用功能，比如，漏电流(leaking current)、基片背面氦气泄露速率(He leakage rate)、解吸附时间(de-chuck time)等等。在某些情景，比如，当薄陶瓷圆盘(通常厚度仅有1或2毫米)是通过粘接固定于基座时，它们之间的粘接剂极容易被等离子体腐蚀掉，引起等离子体电弧(plasma arcing)或颗粒污染，导致等离子体工艺恶化以及静电吸盘使用寿命受损。
[0005]为克服上述缺陷，耐腐蚀陶瓷材料(plasma resistant ceramics)会以等离子体喷涂(plasma spray or PS)涂层，被应用于静电吸盘的制作。直接在基座上涂覆等离子体喷涂层(PS coatings)来形成静电吸盘，一个明显的优点是：可避免陶瓷圆盘与基座之间的粘接剂的使用，防止电弧诱发损伤。然而，利用等离子体喷涂形成的耐等离子体腐蚀涂层，比如，氧化钇(Y2O3)或氟化钇(YF3)等，也存在一些材质的缺陷，比如，这些等离子体喷涂层具有多孔和裂缝的结构，硬度低于硅晶圆(Si wafer)，容易引起颗粒和金属污染，导致刻蚀工艺发生偏移现象。为提高硬度，可利用等离子体喷涂氧化铝(简称PS氧化铝，或PS Al2O3)制作陶瓷圆盘。事实上，PS氧化铝静电吸盘在等离子体反应腔(plasma chamber)中的应用已有相当长的时间，但仍存在一些质量缺陷。首先，氧化铝易受包含卤族元素(F、Cl等)的等离子体腐蚀，在气孔附近引起等离子体电弧，并在等离子体刻蚀工艺中引入颗粒与金属污染(比如，Al或AlF3)。另外，如果增加PS氧化铝沉积在铝基座上厚度，涂层形成后易于开裂
或者在等离子体刻蚀工艺中产生裂隙，从而限制PS氧化铝静电吸盘拥有稳定的高击穿电压，导致其不能被应用于高功率等离子体刻蚀工艺。
[0006]根据最新的先进涂层技术的发展与应用，利用诸如等离子体增强物理气相沉积(plasma enhanced physical vapour deposition，PEPVD)工艺沉积致密高硬度陶瓷涂层(dense and hard ceramic coatings)是解决上述颗粒和金属污染的有效途径。
[0007]但是，沉积PEPVD涂层来制作静电吸盘也有它自身的技术局限性。这是因为，PEPVD涂层是在等离子体与载能离子交互作用下形成，所制备的涂层致密但存在结构应力(structural stress)。该应力随涂层生长而增加，会减弱界面结合强度(interfacial strength)，引起涂层裂缝或分层(coating crack or delamination)。
[0008]目前，针对静电吸盘的耐腐蚀性改善，主要集中在陶瓷圆盘或基座上，集中在对静电吸盘的耐等离子体腐蚀改善上，如静电吸盘E-chuck表面通过喷涂或涂覆设置耐腐蚀的Al2O3陶瓷层。对于静电吸盘的顶针孔(pin hole)和氦气孔(Helium hole)的耐腐蚀性研究较少，尤其是耐腐蚀性工艺气体的腐蚀性。其中顶针孔是垂直穿过静电吸盘的孔，用于使顶针(lift pin)穿过静电吸盘上下移动，以举升或者放下基片。氦气孔是设置于静电吸盘中的细孔，用于冷却基片的氦气通过该氦气孔流到静电吸盘上表面，使得基片背面的热量通过氦气传递到静电吸盘和下方的基座上被导走。
[0009]众所周知，在工作状态下，施加高压的射频偏压时，在静电吸盘上易产生电弧。现有的静电吸盘虽然考虑了表面设置对于等离子体的耐腐蚀的涂层，如，Al2O3陶瓷层，但在高RF功率、高密度等离子体反应器中使用时，在顶针孔(pin hole)和氦气孔(Helium hole)处，Al2O3陶瓷层容易被击穿发生电弧(arcing)，发生冷却气体的不希望的电弧和辉光放电故障，导致大大减少了静电吸盘(E-chuck)的使役寿命。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的改进静电吸盘，提高其耐击穿性能。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种利用ALD技术改进静电吸盘耐击穿性能的方法，该方法包含：
[0012]步骤1，将静电吸盘置于原子层沉积反应器中，向原子层沉积反应器中通入含铝第一反应气体，进行第一化学吸附，使得第一反应气体吸附至所述静电吸盘表面；
[0013]步骤2，采用氮气流吹扫，以除去所述静电吸盘未吸附的第一反应气体和/或第一化学吸附产生的副产物；
[0014]步骤3，向原子层沉积反应器中通入第二反应气体，进行第二化学吸附；
[0015]步骤4，采用氮气流吹扫，以除去所述静电吸盘未吸附的第二反应气体和/或第二化学吸附产生的副产物；
[0016]步骤5，重复步骤1-4，直到所述静电吸盘符合要求。
[0017]可选地，所述的静电吸盘具有若干顶针孔和氦气孔。
[0018]可选地，所述的静电吸盘表面覆盖有Al2O3陶瓷层。
[0019]可选地，所述的第一反应气体为Al(CH3)3，所述的第二反应气体为H2O。其反应原理为：第一化学吸附时，Al(CH3)3的Al与阳极氧化铝合金涂层上的-OH的O结合，脱除的CH3与羟基脱除的H结合形成CH4，反应完成时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法，其特征在于，该方法包含：步骤1，将静电吸盘置于原子层沉积反应器中，向原子层沉积反应器中通入含铝第一反应气体，进行第一化学吸附，使得第一反应气体吸附至所述静电吸盘表面；步骤2，采用氮气流吹扫，以除去所述静电吸盘未吸附的第一反应气体和/或第一化学吸附产生的副产物；步骤3，向原子层沉积反应器中通入第二反应气体，进行第二化学吸附；步骤4，采用氮气流吹扫，以除去所述静电吸盘未吸附的第二反应气体和/或第二化学吸附产生的副产物；步骤5，重复步骤1-4，直到所述静电吸盘符合要求。2.如权利要求1所述的利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法，其特征在于，所述的静电吸盘具有若干顶针孔和氦气孔。3.如权利要求1所述的利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法，其特征在于，所述的静电吸盘表面覆盖有Al2O3陶瓷层。4.如权利要求1所述的利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法，其特征在于，所述的第一反应气体为Al(CH3)3。5.如权利要求1所述的利用ALD工艺对静电吸盘进行处理的方法，其特征在于，所述的第二反应气体为H2O。6.一种利用权利要求1-5中任意一项所述的ALD工艺处理后的静电吸盘，其特征在于，所述静电吸盘包括第一介电层、第二介电层和设置在所述第一、第二介电层之间的电极层；所述第一介电层上表面用于支撑待处理晶圆；所述静电吸盘中设置有穿过所述第一、第二介电层的顶针孔和氦气孔，所述顶针孔、氦气孔和/或第一介电层上表面粗糙度小于0.35μm。7.如权利要求6所述的ALD工艺处理后的静电吸盘，其特征在于，所述的静电吸盘第一介电层上表面、所述的顶针孔和氦气孔的内壁均设有Al2O3陶瓷层。8.如权利要求7所述的ALD工艺处理后的静电吸盘，其特征在于，所述的Al2O3陶瓷层上通过ALD工艺沉积有镀膜层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭盛，陈星建，倪图强，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：