干法刻蚀反应腔部件表面涂层研究

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1、干法刻蚀反应腔部件表面涂层研究类别：光刻刻蚀作者：林坚，汪辉广告主：发布时间：2008-12-0719:55:01已有26人浏览出自：林坚，中芯国际；汪辉，上海交通大学微电子学院干法刻蚀反应腔体内很多非消耗部件表面会有一层非常致密的涂层来保护部件，但是干法刻蚀的电浆有很强的物理轰击能量，所以这些零件的表面涂层多少会被慢慢消耗。再加上部件清洗过程也会消耗这些涂层，涂层的消耗变薄会影响到腔体的制程，并最终影响产品良率。本文通过一些实验数据以及生产线上的实际结果，验证了涂层对产品的相关性。通过对涂层的控制来控

2、制工艺的稳定性，并且提高产品的良率。涂层的种类和涂层方法简单来讲，部件上的涂层主要目的是增加部件的寿命和提高腔体的稳定性。目前在半导体业界常用的涂层材料有：1.Alumina(Al2O3)2.Yttrla(Y2O3)3.Alumina+Yttrla。4.Aluminum(Al)5.Titanium(TI)阳极氧化铝。涂层施加的方式主要有两种方式：1.plasmaspraycoating(电浆轰击部件的表面，使形成一层需要的薄膜)；2.阳极电镀，做阳极化处理。这几种涂层材料和涂层处理方法各有优缺点，在使用

3、上也有不同的效果。在干法刻蚀中，以200mm为例，应用材料的E-MAX和Supper-E机台里面的liner全部是用阳极处理Al2O3，而到了300mm应用材料DPSPOLY里的liner是用Y2O3电浆轰击部件的表面，使形成一层Y2O3薄膜。这是因为Y2O3更不容易被电浆消耗，部件的生命周期变长，而且Y2O3的涂层更能减少particle的产生因而提高产品的良率。不同的材料coating和涂层的厚度，粗糙度都会直接影响产品的良率。如何管控这些部件、如何检测和控制这些部件涂层的膜厚和粗糙度是产品良率是否

4、能提高的重要部分。图1是在相同的测试条件下对同样部件表面不同涂层消耗的数据。Plasmasprayed的涂层被腐蚀的厚度小于Anodizing。从图1我们不难看出几点结论：1.Plasmasprayed抗腐蚀能力优于阳极电镀(Anodizing).2.Y2O3材料抗腐蚀能力优于Al2O3。问题描述生产线上由于腔体里面的部件表面涂层的原因造成产品报废的事情时有发生，曾经在200mm的AMATsuper-E机台上发生了由于部件涂层的问题造成产品的良率下降的问题。如图2所示，这组关键的电性参数在腔体做完保养后

5、就变得非常发散，并且良率下降。具体分析可以看出，这些发散的点全部集中在边缘。如图3所示。再进行offline的加强测试发现，在对应的位置刻蚀速率也有异常。如图4所示在WAT异常的位置蚀刻率也特别高。图形和WAT图形完全对应。但是当更换另外一套部件后，此现象就消失了。比较两套部件，发现有问题的部件表面的涂层已经损耗的很严重了。最严重的地方Al已经裸露，如图5所示。正常的liner表面有一层致密的Al2O3的阳极电镀膜。发生问题的表面的涂层已经消耗殆尽。原先的阳极镀膜是绝缘性很好的涂层，可以防止在干法刻蚀腔

6、体里的电浆能量被消耗。当涂层被消耗后，Al金属裸露在电浆环境中势必会影响电浆在腔体里的分布，导致不均匀。以上的这个例子是很典型的涂层直接影响的例子。此外还有很多由于涂层的粗糙度、涂层材料的不同而表现出来的产品良率不同的例子。这些例子告诉我们对部件涂层的研究和管控是一个非常重要的环节。需要进行深入的研究和严格的管控。解决方案既然部件的涂层如此重要，我们必须对涂层的关键指标进行定义和量测，并进行严格的控制。到目前为止，涂层的两个关键指标会对产品有很大的影响。涂层的粗糙度粗糙度对于那些腔体反应生成物比较多，在

7、部件表面物理沉积物比较多的制程，比较关键。如果粗糙度不够不利于这些物理沉积物的沉积，那形成的沉积层会比较松散，比较容易剥落，这样就会容易掉落到产品上而影响产品良率。涂层的厚度不同涂层的厚度反映了不同的绝缘性能，而不同的绝缘性能就会影响电浆的能量分布和能量消耗。涂层的厚度和粗糙度在每次清洗完部件后进行量测，并定义一个安全的标准。只有这些指标满足标准要求才能上机台使用。如果不符合标准，则会进行涂层重镀作业。把原先的表面进行处理后涂上一层新的涂层，进而可以节约零部件的使用，节约开销。不同材料和不同方法获得的涂

8、层对电浆的抵抗能力不同。不难看出，采用Y2O3材料的电浆溅射涂层法获得的抗腐蚀能力最强。所以对这种方式进行了实验比较，获得了很好的实验结果。很多部件的lifetime有了长足的进步，腔体的particleperformance也有了很明显的改善，如图6所示图6表示在Y2O3的电浆溅射后MWBC（Meanwaferbetweenclean）明显提高，良率提高了5%，而且部件的生命周期也明显提高。结论随着半导体工艺的持续发展，干法刻蚀的线宽越来