提升静电吸盘使用寿命的方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提升静电吸盘使用寿命的方法。

背景技术：

在半导体制造工艺中，掺碳氮化硅(ndc)的再生回收工艺可以与钝化层的刻蚀工艺共用同一个工艺腔，以降低设备成本。参阅图1，钝化层的刻蚀工艺中工艺腔1’内会产生较重的第一聚合物2’(主要包括铝基聚合物)并附着在上电极11’的表面。当所述上电极11’的表面附着的第一聚合物2’过多时，所述上电极11’会由于过重而无法清洗，从而报废。因此，需要定期清洗所述工艺腔1’，特别是所述上电极11’表面附着的第一聚合物2’，以消除工艺腔1’的记忆效应并延长所述上电极11’的使用寿命，降低生产成本。

掺碳氮化硅的再生回收工艺通过刻蚀晶圆表面的掺碳氮化硅层来实现掺碳氮化硅的再生回收。当工艺腔1’的上电极11’的表面附着有第一聚合物2’时，掺碳氮化硅的再生回收工艺中产生的掺碳氮化硅会与所述第一聚合物2’中的铝基聚合物发生反应，生成第二聚合物3’(即氮化铝聚合物)并附着在所述静电吸盘12’的边缘。由于上述过程可以使附着在上电极11’表面的第一聚合物减少，因此通常将掺碳氮化硅的再生回收工艺安排在工艺腔1’清洗之前，以降低清理第一聚合物2’所需的生产成本和时间成本，提高生产效率。

然而，附着在静电吸盘12’边缘的第二聚合物3’无法在工艺腔1’的清洗过程中被有效去除，导致清洁后的工艺腔1’中残留有第二聚合物3’。当清洁后的工艺腔1’用于进行钝化层的刻蚀工艺时，所述静电吸盘12’上残留的第二聚合物3’会被刻蚀气体中的氢离子还原成金属(即氮化铝聚合物被氢离子还原成金属铝)，使得静电吸盘的电阻减小，所述工艺腔1’的环路电阻降低，从而导致所述静电吸盘12’的环路电流增大，进而导致所述静电吸盘12’的吸附能力减弱，使用寿命降低。

在实际的生产过程中，静电吸盘(elector-static-chuck,esc)通常在工作时长达到1500-2000h左右时会因工艺腔的环路电流增大而报废。因此，需要改善静电吸盘的环路电流增大的问题，以延长静电吸盘的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提升静电吸盘使用寿命的方法，通过在静电吸盘上制备保护层避免掺碳氮化硅的再生回收工艺中生成的聚合物附着于所述静电吸盘，从而防止后续工艺中因所述聚合物被还原导致的静电吸盘的电阻降低，进而防止所述静电吸盘的吸附能力减弱，以提升静电吸盘的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明提供了一种提升静电吸盘使用寿命的方法，包括：

提供一工艺腔，包括位于工艺腔顶部的上电极和位于工艺腔底部的静电吸盘，所述上电极的表面附着有第一聚合物；

对所述静电吸盘进行聚合物沉积工艺，以在所述静电吸盘的表面形成一保护层；

在所述工艺腔内进行掺碳氮化硅的再生回收工艺，以使掺碳氮化硅与所述第一聚合物发生反应，生成第二聚合物并附着在所述保护层的表面；

清洗所述工艺腔，以去除所述保护层和所述第二聚合物。

可选的，在所述聚合物沉积工艺前还包括：上电极清洁工艺，以减少附着在上电极表面的第一聚合物。

可选的，所述上电极清洁工艺为等离子体干法清洗。

可选的，所述等离子体干法清洗的过程包括：

提供一第一晶圆并将所述第一晶圆设置于所述静电吸盘，在所述工艺腔中通入第一工艺气体，同时增加所述工艺腔的源射频功率及偏压射频功率，以减少所述上电极表面的第一聚合物；

将所述第一晶圆移出所述反应腔。

可选的，所述第一工艺气体包括含氟气体、氧气以及惰性气体。

可选的，所述含氟气体包括四氟甲烷，所述惰性气体包括氩气。

可选的，所述掺碳氮化硅的再生回收工艺包括：提供一表面形成有掺碳氮化硅层的第二晶圆，将所述第二晶圆设置在所述保护层上并对所述掺碳氮化硅层进行刻蚀，以实现掺碳氮化硅的再生回收。

可选的，所述聚合物沉积工艺包括：在所述工艺腔内通入第二工艺气体，并将所述第二工艺气体沉积在所述静电吸盘的表面，以形成一保护层。

可选的，所述第二工艺气体为重聚合物气体，包括甲烷。

可选的，在所述工艺腔进行钝化层的刻蚀工艺的过程中形成所述第一聚合物。

可选的，所述第一聚合物包括铝基聚合物，所述第二聚合物包括氮化铝聚合物。

综上所述，本发明提供一种提升静电吸盘使用寿命的方法，包括：提供一工艺腔，包括位于工艺腔顶部的上电极和位于工艺腔底部的静电吸盘，所述上电极的表面附着有第一聚合物；对所述静电吸盘进行聚合物沉积工艺，以在所述静电吸盘的表面形成一保护层；在所述工艺腔内进行掺碳氮化硅的再生回收工艺，以使掺碳氮化硅与所述第一聚合物发生反应，生成第二聚合物并附着在所述保护层的表面；清洗所述工艺腔，以去除所述保护层和所述第二聚合物。本发明提供的提升静电吸盘使用寿命的方法可以有效去除掺碳氮化硅的再生回收过程中产生的附着在静电吸盘上的聚合物，防止后续使用所述工艺腔进行钝化层刻蚀工艺时静电吸盘表面的聚合物被还原导致的静电吸盘表面电阻下降，从而避免所述静电吸盘吸附能力减弱，提升所述静电吸盘的使用寿命。

附图说明

图1为掺碳氮化硅的再生回收工艺中工艺腔的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的提升静电吸盘使用寿命的方法的流程图；

图3-图6为本发明一实施例提供的提升静电吸盘使用寿命的方法中各步骤对应的工艺腔的结构示意图；

图7为残留有第二聚合物的工艺腔进行钝化层的刻蚀工艺时的环路示意图；

图8为现有技术中静电吸盘的工作时长与工艺腔的环路电流的关系示意图；

图9为本发明一实施例提供的提升静电吸盘使用寿命的方法中静电吸盘的工作时长与工艺腔的环路电流的关系示意图；

1、1’-工艺腔；11、11’-上电极；12、12’-静电吸盘；121-保护层；

2、2’-第一聚合物；3、3’-第二聚合物；

4’-表面设置有掺碳氮化硅层的晶圆；

4-第一晶圆；5-第二晶圆；6-第三晶圆。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图2为本实施例提供的提升静电吸盘使用寿命的方法的流程图。参阅图2可知，所述提升静电吸盘使用寿命的方法包括：

步骤s01：提供一工艺腔，包括位于工艺腔顶部的上电极和位于工艺腔底部的静电吸盘，所述上电极的表面附着有第一聚合物；

步骤s02：对所述静电吸盘进行聚合物沉积工艺，以在所述静电吸盘的表面形成一保护层；

步骤s03：在所述工艺腔内进行掺碳氮化硅的再生回收工艺，以使掺碳氮化硅与所述第一聚合物发生反应，生成第二聚合物并附着在所述保护层的表面；

步骤s04：清洗所述工艺腔，以去除所述保护层和所述第二聚合物。

图3-图6为图2中各步骤对应的工艺腔的结构示意图。下面结合图3-图6详细介绍本实施例提供的所述提升静电吸盘使用寿命的方法。

首先，参阅图3，执行步骤s01，提供一工艺腔1，包括位于工艺腔1顶部的上电极11和位于工艺腔1底部的静电吸盘12，所述上电极1的表面附着有第一聚合物2。由于所述工艺腔1既可以用于掺碳氮化硅的再生回收工艺，也可以用于钝化层的刻蚀工艺，且通常将掺碳氮化硅的再生回收工艺设置于工艺腔1的清洗之前，因此上电极11上附着有钝化层的刻蚀工艺中产生的第一聚合物2。所述第一聚合物2包括铝基聚合物。需要说明的是，在本发明其他实施例中所述第一聚合物2也可以是工艺腔1中进行的其他工艺过程所产生的，在此本发明不作限定。

可选的，在步骤s01和步骤s02之间还包括上电极清洁工艺。所述上电极清洁工艺可以以减少附着在上电极11表面的第一聚合物2，防止上电极11过重而报废。同时，第一聚合物2的减少也有助于减少步骤s03中生成的第二聚合物3。由于所述第一聚合物2中存在的铝基聚合物容易形成氧化铝钝化层，阻止自身被进一步氧化或腐蚀，所以所述上电极清洁工艺很难完全去除上电极11上的第一聚合物2。

本实施例所述的上电极清洁工艺为等离子体干法清洗。具体的，参阅图3，首先，在所述静电吸盘12上设置一第一晶圆4，以保护静电吸盘12，防止清洗过程中的副产物影响静电吸盘12。随后，在所述工艺腔1中通入第一工艺气体，同时增加所述工艺腔1的源射频功率及偏压射频功率，以清洁所述上电极11。所述上电极清洁工艺完成后，需要将所述第一晶圆4移出所述工艺腔1。可选的，所述第一工艺气体包括含氟气体、氧气以及惰性气体。本实施例中所述含氟气体包括四氟甲烷，所述惰性气体包括氩气。在本发明的其他实施例中，所述第一工艺其他可以根据实际需要进行调整，本发明对此不作限制。同时，所述第一晶圆4可以替换为其他在上电极清洁工艺中能够保护静电吸盘12的组件，本发明对此不作限制。

接着，参阅图4，执行步骤s02，对所述静电吸盘12进行聚合物沉积工艺，以在所述静电吸盘12的表面形成一保护层121。具体的，所述聚合物沉积工艺包括：在所述工艺腔1内通入第二工艺气体，并将所述第二工艺气体沉积在所述静电吸盘12的表面，以形成一保护层121。本实施例中所述聚合物沉积工艺采用等离子体增强的化学气相淀积方法，包括：在所述工艺腔1内无晶圆的情况下通入第二工艺气体，并在工艺腔1中施加射频功率使气体分子分解；被激发的气体分子易与其他原子键合形成粘附在静电吸盘12表面的膜(即保护层121)。所述第二工艺气体为重聚合物气体(即含碳的比重较大的气体)。本实施例中，所述第二工艺气体包括甲烷。在本发明的其他实施例中，所述第二工艺气体可以根据实际需要进行选择，本发明对此不作限制。

接着，参阅图5，执行步骤s03，在所述工艺腔1内进行掺碳氮化硅的再生回收工艺，以使掺碳氮化硅与所述第一聚合物2发生反应，生成第二聚合物3并附着在所述保护层121的表面。具体的，所述掺碳氮化硅的再生回收工艺包括：提供一表面形成有掺碳氮化硅层的第二晶圆5，将所述第二晶圆5设置在所述保护层121上并对所述掺碳氮化硅层进行刻蚀，以实现掺碳氮化硅的再生回收，所述第一聚合物2在刻蚀过程中与掺碳氮化硅发生反应，生成第二聚合物3并附着在所述保护层121的表面。可选的，所述第二聚合物3包括氮化铝聚合物。

最后，参阅图6，执行步骤s04，清洗所述工艺腔1，以去除所述保护层121和第二聚合物3。本实施例中采用等离子体干法清洗所述工艺腔1。具体的，在所述工艺腔1中通入清洁气体，利用射频源(图中未示出)将所述清洁气体激发为等离子体；所述上电极11和静电吸盘12之间形成有电磁场，所述等离子体在电磁场的作用下轰击静电吸盘12，以去除静电吸盘12表面的第二聚合物3和保护层121。可选的，对上电极11表面的第一聚合物2的清洁可以通过调整源射频功率和偏压射频功率来实现(图6为理想情况下工艺腔1的清洁效果，在实际的清洁过程中，第一聚合物2难以完全去除)。可选的，所述清洁气体为第一工艺气体。

图7为残留有第二聚合物的工艺腔进行钝化层的刻蚀工艺时的环路示意图，其中，所述静电吸盘12的表面设置有第三晶圆6(所述第三晶圆的表面形成有钝化层)；rp、rw和re分别为等离子体、第三晶圆6和静电吸盘12的内阻；r1为高压电源hv的内阻；r2为漏电流采样电阻；r3为滤波电阻；c1为滤波电容；i为工艺腔的环路电路。

参阅图7可知，当清洗后的工艺腔内残留有第二聚合物时，进行钝化层的刻蚀工艺会使残留的第二聚合物会被刻蚀气体中的氢离子还原成金属(即氮化铝聚合物被氢离子还原成金属铝)，使得静电吸盘12的内阻re减小，从而导致所述静电吸盘12的环路电流i增大，进而导致所述静电吸盘12的吸附能力减弱，使用寿命降低。而当清洗后的工艺腔内残留有第一聚合物时，进行钝化层的刻蚀工艺会使所述上电极表面附着的第一聚合物增多；进行掺碳氮化硅的再生回收工艺时，所述第一聚合物会和刻蚀出的掺碳氮化硅反应生成第二聚合物，此时可以根据步骤s01-s04去除所述第二聚合物3。综上，工艺腔中残留有第一聚合物对静电吸盘的使用寿命没有直接影响，而残留有第二聚合物对静电吸盘的使用寿命影响较大。因此本发明对步骤s04中所述第一聚合物的清洁效果不作要求。本发明的其他实施例中，所述工艺腔的清洗方法可以根据实际需要进行调整，本发明对此不作限制。

在实际的掺碳氮化硅的再生回收工艺中，通常需要批量处理表面形成有掺碳氮化硅的晶圆(即第二晶圆)。此时，本发明提供的提升静电吸盘使用寿命的方法可以根据实际需求进行调整。具体的，首先执行步骤s01，提供一工艺腔，包括位于工艺腔顶部的上电极和位于工艺腔底部的静电吸盘，所述上电极表面附着有第一聚合物；可选的，步骤s01之后可以增加上电极清洁工艺，以减少所述第一聚合物；随后重复步骤s02-s04，在刻蚀任意一片第二晶圆(即执行步骤s03)之前需要进行无晶圆刻蚀工艺(即执行步骤s02)；在刻蚀任意一片第二晶圆后需要清洗所述工艺腔(即执行步骤s04)。

图8和图9分别为现有方法与本实施例中静电吸盘的工作时长与工艺腔的环路电流的关系示意图。其中，横轴表示使用时长t(单位为h)，纵轴表示环路电流i(单位为μa)。参阅图8，现有技术中，在工作时长大于t1后，工艺腔的环路电流i逐渐增大，导致静电吸盘的吸附能力减弱，使用寿命降低；在工作时长达到t2时，所述静电吸盘报废，需要更换新的静电吸盘。参阅图9，本发明提供的提升静电吸盘使用寿命的方法中，随着静电吸盘的工作时长逐渐增加，工艺腔的环路电流i始终保持稳定，无明显增大，当工作时长达到t1或t2时，所述静电吸盘仍能正常工作。

综上，本发明提供一种提升静电吸盘使用寿命的方法，包括：提供一工艺腔，包括位于工艺腔顶部的上电极和位于工艺腔底部的静电吸盘，所述上电极的表面附着有第一聚合物；对所述静电吸盘进行聚合物沉积工艺，以在所述静电吸盘的表面形成一保护层；在所述工艺腔内进行掺碳氮化硅的再生回收工艺，以使掺碳氮化硅与所述第一聚合物发生反应，生成第二聚合物并附着在所述保护层的表面；清洗所述工艺腔，以去除所述保护层和所述第二聚合物。本发明提供的提升静电吸盘使用寿命的方法可以有效去除掺碳氮化硅的再生回收过程中产生的附着在静电吸盘上的聚合物，防止后续使用所述工艺腔进行钝化层刻蚀工艺时静电吸盘表面的聚合物被还原导致的静电吸盘表面电阻下降，从而避免所述静电吸盘吸附能力减弱，提升所述静电吸盘的使用寿命。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。