CN110000161B - 用于清洁用于形成半导体装置的工具的组件及系统以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及用于清洁用于形成半导体装置的工具的组件及系统以及相关方法。一种清洁用于形成半导体装置的工具的方法包含：加热包括陶瓷材料的晶片以至少加热所述陶瓷材料；将所述经加热晶片定位于用于形成半导体装置的工具的静电卡盘上，使得位于接近所述经加热晶片处的沉积物被加热以将所述沉积物中的至少一些沉积物汽化；及从所述工具移除所述经汽化沉积物。揭示形成半导体装置的相关方法、相关系统及相关清洁晶片。

Description

用于清洁用于形成半导体装置的工具的组件及系统以及相关 方法

优先权主张

本申请案主张2017年12月28日提出申请的美国专利申请案第15/856,373号“用于清洁用于形成半导体装置的工具的组件及系统以及相关方法(Components and Systemsfor Cleaning a Tool Forming a Semiconductor Device,and Related Methods)”的申请日期的权益。

技术领域

本文中所揭示的实施例涉及在半导体装置制作期间使用的工具及用于清洁所述工具的系统、用于清洁所述工具的清洁晶片，且涉及使用所述清洁晶片来清洁半导体工具的方法。更特定来说，本发明的实施例涉及用于形成半导体装置的半导体工具、用于清洁所述工具的系统，涉及包括用于加热工具的一部分的至少高比热容材料的清洁晶片，且涉及使用所述清洁晶片从所述工具移除沉积物的方法。

背景技术

半导体装置的制作包含在被配置为半导体晶片或其它块体半导体衬底的半导体衬底上执行各种制作过程。举例来说，可在半导体衬底上方形成不同电绝缘材料及导电材料。电绝缘材料及导电材料经图案化以形成半导体装置的特征，例如个别存储器单元、晶体管、电容器、电极、导电通孔或其它特征。

对半导体装置的材料进行图案化可包含将一或多种材料暴露于材料移除过程，例如蚀刻过程。举例来说，蚀刻过程可包含湿法蚀刻过程或干法蚀刻过程。湿法蚀刻包含将半导体装置暴露于溶液，所述溶液经调配以移除半导体装置的一或多种材料的至少一部分。可通过将半导体装置浸没于蚀刻剂中、将蚀刻剂喷涂到所述装置上或另一方法而将半导体装置暴露于湿法蚀刻剂。

干法蚀刻是对半导体装置进行图案化的另一方法。干法蚀刻可包含等离子体蚀刻、反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻或其组合。干法蚀刻按惯例包含将半导体装置暴露于等离子体，所述等离子体经调配且经配置以从半导体装置移除所述半导体装置的一或多种材料。在常规干法蚀刻过程中，等离子体中的反应物质与被移除的材料进行反应以形成气体产物，可在蚀刻条件(例如，适当温度、低压力条件等)下将所述气体产物从蚀刻室载运出。取决于被移除的材料及在干法蚀刻过程期间使用的等离子体，可形成固体副产物。在一些实例中，所述副产物包含聚合物、盐类或在干法蚀刻过程的条件下基本上未从蚀刻室被移除的其它材料。聚合物、盐类或其它材料可在蚀刻室的壁及其它表面上形成沉积物。

在一些实例中，沉积物可为导电的，例如当沉积物包括盐类或导电聚合物时。在一些此类实例中，电荷可在导电沉积物上积累且可形成电位。如果充足的电荷在导电沉积物上积累，那么可在沉积物与被处理的半导体衬底之间形成电弧。此电弧作用(arcing)可损坏(例如，破坏)半导体衬底且可致使半导体衬底上的半导体装置出故障。

因此，在已处理特定数目个晶片之后，可清洁蚀刻室以从所述蚀刻室移除沉积物。然而，清洁蚀刻工具可减少蚀刻工具可用于对半导体装置进行图案化的时间量且可因此不合意地减少蚀刻工具的吞吐量。

发明内容

本文中所揭示的实施例涉及用于清洁用于形成半导体装置的工具的系统，描述相关清洁晶片及相关方法。举例来说，根据至少一些实施例，一种清洁用于形成半导体装置的工具的方法包括：加热包括陶瓷材料的晶片以至少加热所述陶瓷材料；将所述经加热晶片定位于用于形成半导体装置的工具的静电卡盘上，使得位于接近所述经加热晶片处的沉积物被加热以将所述沉积物中的至少一些沉积物汽化；及从所述工具移除所述经汽化沉积物。

在额外实施例中，一种形成半导体装置的方法包括：在工具的室中对半导体晶片进行图案化；从所述工具移除所述半导体晶片；加热清洁晶片，所述清洁晶片包括具有大于约400J/kg·K的比热容的第一材料及包括绝热材料的第二材料；将所述清洁晶片安置于所述工具的静电卡盘上，所述第一材料接近位于所述工具的被界定于所述静电卡盘与边缘环之间的凹穴区域中的沉积物，使得接近所述第一材料的所述沉积物被加热；及从所述工具移除所述沉积物。

在其他实施例中，一种用于清洁用于形成半导体装置的工具的系统包括：晶片，其包括在约20℃下展现大于约400J/kg·K的比热容的第一材料；加热室，其经配置以加热所述晶片；及工具，其包括：静电卡盘，其经配置以接纳所述晶片；边缘环，其安置于所述静电卡盘的一部分周围；及凹穴区域，其介于所述边缘环与所述静电卡盘之间。

在仍额外实施例中，一种用于清洁用于制作半导体装置的工具的清洁晶片包括：绝热材料；及高比热容材料，其在约20℃下展现大于约400J/kg·K的比热容，环绕所述绝热材料的至少一部分且经配置以被安置于用于制作半导体装置的工具的静电卡盘上，所述高比热容材料经配置以上覆于被界定于所述工具的所述静电卡盘与边缘环之间的凹穴区域上。

附图说明

图1A是根据本发明的实施例的用于制作半导体晶片的工具的简化示意图；

图1B是根据本发明的实施例的包含安置于静电卡盘上的清洁晶片的组合件的简化横截面图；

图1C及图1D是根据本发明的实施例的包含安置于基座上的清洁晶片的组合件的简化横截面图；

图2A及图2B是根据本发明的实施例的清洁晶片组合件的相应侧视横截面图及俯视横截面图；

图3A及3B是根据本发明的其它实施例的加热晶片组合件的相应侧视横截面图及俯视图；

图4是根据本发明的一些实施例的另一清洁晶片组合件的横截面图；

图5是根据本发明的一些实施例的清洁晶片组合件的横截面图；

图6A到图6C是根据本发明的实施例的加热组合件的示意图；且

图7是制作半导体装置的方法的简化流程图。

具体实施方式

由此所包含的图解说明并不打算作为任何特定系统或半导体结构的实际视图，而是仅为用于在本文中描述实施例的理想化表示。各图之间共有的元件及特征可保持相同数字标示，只不过为了易于进行描述，在大多数情况下，参考编号以介绍或最全面描述元件的图式的编号开始。

以下描述提供特定细节(例如材料类型、材料厚度及处理条件)，以便提供对本文中所描述的实施例的透彻描述。然而，所属领域的技术人员将理解，可在不采用这些特定细节的情况下实践本文中所描述的实施例。实际上，所述实施例可结合半导体工业中所采用的常规制作技术来实践。另外，本文中所提供的描述并不形成对用于制作半导体装置的工具、清洁晶片或用于清洁所述工具的系统的完整描述、对用于制造此类清洁晶片的过程流程或者用于清洁此类工具的完整过程流程的完整描述。下文所描述的结构并不形成完整半导体结构或半导体装置。下文仅详细地描述用于理解本文中所描述的实施例所必需的那些过程动作及结构。可通过常规技术而执行本文中所描述的用以形成用于清洁工具的完整系统、半导体装置或者清洁晶片的额外动作。

根据本文中所揭示的实施例，一种系统经配置以用于清洁用于形成半导体装置的工具(例如，蚀刻工具、沉积工具等)。所述系统包含晶片(其还可在本文中称为“清洁晶片”)，所述晶片经配置以将热从所述晶片的一部分转移到工具的一或多个区域(例如，被界定为介于工具的静电卡盘与其边缘环之间的空间的凹穴区域)。清洁晶片可包含第一材料，所述第一材料包括展现高比热容的材料(在本文中称为“高比热容”材料或“高比热”材料)。在一些实施例中，清洁晶片可进一步包含第二材料，所述第二材料可展现比第一材料相对低的比热容。与第二材料相比，第一材料可展现相对较高比热且在一些实施例中展现较高导热性。在一些实施例中，第一材料环绕第二材料的至少一部分。第一材料的外径可与在工具中所处理的半导体晶片的外径基本上相同。第一材料可经设置及定位使得当将清洁晶片放置于静电卡盘上时，热从第一材料转移到工具的凹穴区域以将凹穴区域中的热材料(例如，沉积物，例如铵盐、聚合物等)熔化、汽化或以其它方式加热且增加所述热材料的蒸汽压力。凹穴区域中的经加热材料可被汽化且(例如)利用真空泵从工具被移除。

根据一些实施例，可在与工具分离的加热室中将清洁晶片预加热。加热室可经配置以通过(举例来说)等离子体、加热灯、微波加热或另一加热方法而加热清洁晶片。在一些实施例中，第一材料的温度可比第二材料的温度高且清洁晶片可响应于被加热而展现不均匀温度量变曲线。在将清洁晶片预加热之后，可将清洁晶片传送到工具的室(例如，蚀刻室)且放置于所述工具的静电卡盘上。在一些实施例中，第一材料的至少一部分可不与静电卡盘直接接触且可至少部分地悬伸于静电卡盘之上。在一些实施例中，在将清洁晶片安置于静电卡盘上之后，可将工具的室暴露于干法清洁过程。来自第一材料的热可加热凹穴区域中的沉积物且增加沉积物的蒸汽压力，从而促进移除此类沉积物。可(例如)利用真空泵将经加热沉积物从所述室移除。清洁晶片可经配置以减少工具的清洁时间且可促进沉积物从凹穴区域的大量移除。

如本文中所使用，术语“高比热容”材料意指且包含在约20℃的温度下展现大于约400J/kg·K的比热容的材料。

图1A是工具100(例如蚀刻工具)的简化示意图。图1B是图解说明以图1A的方框B来展示的衬底(例如，晶片)固持器组合件105的部分的简化示意图。工具100可包含室102(例如，蚀刻室)，其中等离子体经产生以用于对半导体晶片110上的特征进行图案化。在半导体晶片110的图案化期间，可将半导体晶片110安置于衬底固持器组合件105上，所述衬底固持器组合件包含安置于基座108上的静电卡盘106。基座108可经配置以在图1A中所图解说明的视图中向上及向下移动以调整室102中的半导体晶片110的高度。如本文中将描述，虽然已将图1A及图1B描述及图解说明为包含位于静电卡盘106上的半导体晶片100，但本发明并不如此受限制。在其它实施例中，工具100可不包含静电卡盘106且可将半导体晶片100直接安置于基座108上。

在一些实施例中，静电卡盘106可包括工具100的下部电极。工具100还可包含上部电极112。上部电极112可包括(举例来说)经配置以用于从气体供应管线114分配一或多种气体的气体分配喷头。气体分配喷头可包含用于将气体从气体供应管线114分配到室102中的孔口116。虽然图1A图解说明上部电极112与气体分配喷头相同，但预期到，在其它实施例中，工具100可包含与上部电极112分离的气体分配喷头。

上部电极112可电耦合到电源118以用于将电力提供到上部电极112(例如，提供到气体分配喷头)，从而将电力提供给由气体供应管线114供应的气体且在上部电极112与半导体晶片110之间的区域104中产生等离子体。电源118可包括高频率射频(RF)电源或直流(DC)电源。如此项技术中已知，电源118可电耦合到(举例来说)感应线圈，以用于产生射频电力。对高频率电源118的频率的调整可更改由上部电极112产生的等离子体的离子通量。上部电极112及高频率电源118可电连接到电接地120。在一些实施例中，电源118可经配置以向等离子体提供多达4,000W。在一些实施例中，电源118包括DC电源。

可将从气体供应源114产生的等离子体朝向半导体晶片110引导。在一些实施例中，可利用约400kHz的激励频率来产生等离子体。在一些实施例中，通过气体供应管线114而提供的气体可包含氢气(H₂)、氮气(N₂)及其组合(例如，每约1份N₂存在约5份H₂)。半导体晶片110可通过静电卡盘106而被偏置。静电卡盘106可经配置以通过施加RF电力而将半导体晶片110固持于适当位置中。静电卡盘106可电耦合到用于产生低射频电力以将静电卡盘106偏置的电源122且可电连接到接地124。电源122可通过匹配箱126而电连接到静电卡盘106。匹配箱126可经配置以致使当在室102中产生等离子体时，电源122的负载阻抗与所述电源的内部(或输出)阻抗匹配。在一些实施例中，通过电源122而施加射频电源可将静电卡盘106相对于区域104中的等离子体而偏置以调整朝向半导体晶片110的等离子体的轰击能量。在一些实施例中，电源122可经配置以提供多达约4,000W的电力。

在一些实施例中，静电卡盘106可电耦合到电源128，所述电源可包括直流电源或高频率射频电源。在一些实施例中，电源128包括射频电源且可经配置以将低频率RF电力、高频率RF电力或此两者提供到静电卡盘106。在一些实施例中，电源128以可操作方式耦合到匹配箱127，所述匹配箱经配置以致使当在室102中产生等离子体时，电源128的负载阻抗与所述电源的内部(或输出)阻抗匹配。通过电源128而将电力施加到静电卡盘106可通过静电(例如，库仑(Coulomb))力而将衬底110偏置到静电卡盘106。在一些实施例中，电源128可经配置以提供多达约4,000W的电力。

在一些实施例中，静电卡盘106可连接到经配置以在使用及操作期间将静电卡盘106冷却的冷却设备(例如，冷却器)130。冷却设备130可包含通过静电卡盘106的冷却供应管线132及用于使冷却介质返回到冷却设备130的返回管线134。冷却介质可包含冰水、冷却的盐水溶液、液态二氧化碳、液态氮气、氦气或另一材料。冷却设备130可经配置以将静电卡盘106的温度维持在低于约室温(约20℃与约25℃之间)、低于约0℃、低于约-50℃、低于约-100℃、低于约-150℃或甚至低于约-200℃。虽然将图1A图解说明及描述为包含冷却设备130，但本发明并不如此受限制。在其它实施例中，工具100可不包含冷却设备130。在一些实施例中，工具100可经配置以对半导体晶片110提供所谓的“背侧”冷却，例如利用氦气。

在使用及操作中，可通过气体供应管线114及气体分配喷头的孔口116而将蚀刻气体组合物提供到室102。可通过将高频率(例如，介于约13MHz与约300MHz之间、例如介于约13.56MHz与约40.68MHz之间的频率，或约60MHz的频率)施加到上部电极112而产生等离子体。可利用相对较低频率(例如，低于约100Hz与约3.3MHz之间的频率)将静电卡盘106偏置以在等离子体与静电卡盘106之间形成电位差，从而维持所要蚀刻速率。

真空泵136可耦合到气体排放管线138以从室102移除过量的等离子体及至少一些反应副产物。真空泵136可经配置以在等离子体蚀刻过程期间控制室102的压力。

图1B是图1A的方框B的放大部分，其图解说明静电卡盘106及半导体晶片110。基座108可包括支撑静电卡盘106的导电部件。基座108可电连接到外导体环142，所述外导体环还可称为接地环。外导体环142可安置于绝缘环144周围，所述绝缘环可包括介电材料且可使静电卡盘与外导体环142电绝缘。

边缘环150可位于半导体晶片110的边缘周围且位于静电卡盘106的表面上方。边缘环150可定位于静电卡盘106的表面的边缘周围且可经配置以将室102中的等离子体局限于紧接近于半导体晶片110并位于所述半导体晶片上面的区。边缘环150可上覆于静电卡盘106的一部分上且可经配置以保护静电卡盘106免遭腐蚀或可能以其它方式由等离子体导致的其它损坏。在一些实施例中，边缘环150可经配置以控制室102中的等离子体的方向。可(例如)通过将边缘环150放置于静电卡盘106的内部分周围而将所述边缘环固定到静电卡盘106的外围。

边缘环150可包括氧化铝(Al₂O₃)、硅、二氧化硅、碳化硅或另一材料。绝缘材料152可上覆于边缘环150的一部分上。在一些实施例中，绝缘材料152包括石英。

图1C是衬底固持器组合件105'的另一实施例。衬底固持器组合件105'可与上文参考图1B所描述的衬底固持器组合件105基本上类似，但可不包含静电卡盘106。在一些此类实施例中，半导体晶片110可机械地附接到基座108。半导体晶片110可直接上覆于基座108上并接触所述基座。参考图1D，衬底固持器组合件105'可包含经配置以将半导体晶片110与基座108分离的提升销140。

在一些实例中，将半导体晶片110暴露于等离子体可产生反应副产物，所述反应副产物展现低蒸汽压力，使得所述反应副产物基本上不从室102被移除。在一些此类实施例中，反应副产物可沉积于室102壁上，或沉积于静电卡盘106与半导体晶片110或工具100的其它组件之间的区域中。另外，反应副产物可积累于被界定于半导体晶片110、边缘环150与绝缘材料152之间的位置处的凹穴区域160处。

取决于被图案化的半导体晶片110上的材料以及等离子体的组成，反应副产物可包括聚合物、盐类或可在工具100的部分上形成沉积物的其它材料。在一些实例中，聚合物可包括导电材料。盐类可包括(举例来说)铵盐。通过非限制性实例方式，当等离子体包括溴化氢、氨、碳氟化合物或其组合时，铵盐可在半导体晶片110的处理期间不合意地形成于工具100中。铵盐(例如，氟化铵(NH₄F)、氯化铵(NH₄Cl)及溴化铵(NH₄Br))可沉积于室102中，这是因为所述铵盐在蚀刻条件下可并未展现出足以通过气体排放管线138(图1A)而被移除的蒸汽压力。

然而，在一些实例中，电荷可在半导体晶片110的处理期间在沉积物上积累。因此，在于工具100中处理一或多个半导体晶片110之后，可使工具100经受所谓的“干法清洁”过程以从室102(例如，从凹穴区域160)基本上移除任何蚀刻副产物。如本文中将描述，在于工具100中对一或多个半导体晶片进行图案化之后，可将工具100暴露于干法清洁过程。在一些实施例中，干法清洁过程可包含将室102(例如，室102的壁、静电卡盘106、边缘环150及绝缘材料152)暴露于清洁等离子体。清洁等离子体可包含(举例来说)氧气、氩气、氮气、氢气、氦气、氯气、碳氟化合物(例如，四氟化碳(CF₄)、八氟环丁烷(C₄F₈)等)、六氟化硫(SF₆)、另一等离子体或其组合。

因此，在对半导体晶片110进行图案化之后，可将半导体晶片110从静电卡盘106(或基座108)及工具100移除。可将清洁晶片引入并安置于静电卡盘106(或基座108)上。清洁晶片可经配置以在清洁过程期间将热转移到凹穴区域160且促进移除凹穴区域160中的沉积物。

图2A是根据本发明的实施例的包含上覆于静电卡盘106上的清洁晶片201的清洁晶片组合件200的简化横截面图。图2B是穿过图2A的截面线B-B截取的清洁晶片201的横截面图。参考图2A及图2B，清洁晶片201可包含环绕第二材料202的第一材料204。在一些实施例中，第一材料204可经调配且经配置以相对于第二材料202而展现相对高比热容。第二材料202可上覆于静电卡盘106的主要表面上并接触所述主要表面。

第二材料202可包含展现比第一材料204的比热容相对低的比热容的材料。在一些实施例中，通过非限制性实例方式，第二材料202可包含硅、二氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃(BSG)、氮氧化硅、另一材料及其组合。在一些实施例中，第二材料204包括绝热材料(即，展现相对低导热性的材料)。

第一材料204可包含经调配且经配置以展现比第二材料202的比热容大的比热容的材料。在一些实施例中，第一材料204在约20℃下展现大于约400J/kg·K、大于约500J/kg·K、大于约600J/kg·K、大于约800J/kg·K、大于约1,000J/kg·K或大于约1,200J/kg·K的比热容。

第一材料204可包含陶瓷材料(例如氧化铝、氧化锆(ZrO₂)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、碳化硼(BN)、碳化硅(SiC)、碳化铝、氮化钨(WN)、氧化铍(BeO))、聚酰亚胺、另一高比热容材料及其组合。在其它实施例中，第一材料204可包含石墨、石墨烯或另一导热含碳材料。在一些实施例中，第一材料204包括氧化铝。

清洁晶片201可经定大小及定形以具有基本上等于在室102(图1A)中所处理的半导体晶片(例如，半导体晶片110(图1A))的直径的直径D₁。通过非限制性实例方式，清洁晶片200可具有约100mm、约150mm、约200mm、约300mm或约450mm的直径D₁。在一些实施例中，直径D₁为约300mm。然而，本发明并不如此受限制且直径D₁可大于或小于上文所描述的直径。

第一材料204的在清洁晶片200的径向向外部分处的厚度T₁可为介于约300μm与约1,000μm之间，例如介于约300μm与约500μm之间、介于约500μm与约750μm之间或介于约750μm与约1,000μm之间。在一些实施例中，厚度T₁等于约760μm，但本发明并不如此限于任何此厚度。

第二材料202可具有比第一材料204的厚度T₁小的厚度T₂。第二材料202的厚度T₂可为介于约100μm与约700μm之间，例如介于约100μm与约300μm之间、介于约300μm与约500μm之间或介于约500μm与约700μm之间。在一些实施例中，厚度T₂可为约400μm。在一些实施例中，第二材料202的厚度T₂可为介于第一材料204的厚度T₁的约10％与约99％之间，例如介于第一材料204的厚度T₁的约10％与约20％之间、约20％与约30％之间、约30％与约50％之间、约50％与约75％之间或约75％与约95％之间。

第二材料202的径向外表面与第一材料204的径向外表面之间的距离D₂可为介于约5mm与约20mm之间，例如介于约5mm与约10mm之间、介于约10mm与约15mm之间或介于约15mm与约20mm之间。在一些实施例中，距离D₂等于约10mm。减小距离D₂可减小直接上覆于静电卡盘106上并接触所述静电卡盘的第一材料204的量，此又可减小从第一材料204到静电卡盘106所转移(例如，损失)的热量。预期到，在一些实施例中，第二材料202直接上覆于静电卡盘106上并接触所述静电卡盘，而基本上无第一材料204的任何部分直接接触静电卡盘106。在一些实施例中，第一材料204与第二材料202之间的界面可与静电卡盘106的边缘共面。

第一材料204悬伸于静电卡盘106之上的距离D₃可为介于约1mm与约3mm之间。为清晰起见，将图2A中的距离D₃放大。在一些实施例中，距离D₃等于约2mm。然而，本发明并不如此受限制且距离D₃可不同于上文所描述的距离。

参考图3A及图3B，描述包含安置于静电卡盘106上的清洁晶片201'的清洁晶片组合件300的另一实施例。图3A是清洁晶片组合件300的横截面图，且图3B是清洁晶片201'的俯视图。清洁晶片201'可包含环绕第二材料202的第一材料204。

第二材料202可具有与第一材料204相同的厚度。在一些此类实施例中，清洁晶片300可包括第二材料202，所述第二材料由包括第一材料204的环进行环绕。D₁、D₃及T₁中的每一者可与上文参考图2A及图2B所描述的相同。

图4是包含安置于静电卡盘106上的清洁晶片201”的清洁晶片组合件400的另一实施例的横截面图。清洁晶片201”可包括第一材料204或基本上由所述第一材料组成，所述第一材料包括高比热容材料。第一材料204可直接上覆于静电卡盘106的主要表面上并接触所述主要表面。

图5是包含安置于静电卡盘106上的清洁晶片201”'的清洁晶片组合件500的另一实施例的横截面图。清洁晶片201”'包含第一材料204，所述第一材料包括高比热容材料204，例如氧化铝。第二材料202可直接安置于静电卡盘上并与所述静电卡盘接触。第三材料203可安置于第二材料202与第一材料204之间。第三材料203可包括(举例来说)二氧化硅。在一些实施例中，第二材料202包括硅且第三材料203包括二氧化硅。

第三材料203的宽度D₄可为介于约3mm与约10mm之间，例如介于约3mm与约5mm之间、介于约5mm与约7mm之间或介于约7mm与约10mm之间。在一些实施例中，宽度D₄为约5mm。

在使用及操作中，可在干法清洁操作期间将清洁晶片201、201'、201”、201”'安置于静电卡盘106上以从室102(图1A)、例如从凹穴区域160(图1B)移除聚合物、盐类或其它沉积物。在一些实施例中，将清洁晶片201、201'、201”、201”'暴露于加热环境以增加其温度且随后将所述清洁晶片在静电卡盘106上安置于工具100中。可在将清洁晶片201、201'、201”、201”'引入到工具100中且安置于静电卡盘106上之前将所述清洁晶片安置于加热室中。

图6A是加热室600的简化示意图，所述加热室经配置以用于加热清洁晶片604，例如上文所描述的清洁晶片201、201'、201”、201”'中的一者。清洁晶片604可被支撑于基座606或另一支撑件上。加热室600可包含等离子体加热系统，所述等离子体加热系统包含用于产生等离子体的线圈602。线圈602可经配置以加热加热室600内的等离子体。射频(RF)电源608可耦合到线圈602。射频电源608可经配置以将RF电力提供到线圈602以用于产生等离子体。

在一些实施例中，线圈602可位于接近清洁晶片604的边缘处。在一些实施例中，线圈602可定位于加热室600的内径周围以与清洁晶片604的形状基本上对应且利用等离子体来加热清洁晶片604的径向外部分。在一些此类实施例中，仅清洁晶片604的边缘部分(例如，导热材料)可由等离子体加热。换句话说，可不将清洁晶片604的绝热材料(如果存在)直接暴露于经加热等离子体且可将经加热等离子体基本上仅引导到清洁晶片604的导热材料。

图6B是加热室600'的另一实施例的简化示意图，所述加热室经配置以用于加热清洁晶片201、201'、201”、201”'。加热室600'可包含经配置以固持清洁晶片604的基座606。加热室600'可包含经配置以将热提供到清洁晶片604的热源610。在一些实施例中，热源610可包括加热灯。通过非限制性方式，热源610可包括经配置以用于加热清洁晶片604的外围(例如，导热材料)的圆圈形(例如，圆环形)加热灯。图6C是热源610的俯视图，例如其中热源610包括圆圈形加热灯。热源610可经配置以将热提供到清洁晶片604的对应部分。因此，热源610可经配置以将热引导到清洁晶片604的外部分(由箭头609指示)，而并不将大量热引导到清洁晶片604的内部分(例如，引导到绝热材料)。

虽然图6A到图6C已描述加热室600、600'包含特定加热元件，但本发明并不如此受限制。预期到，在其它实施例中，可通过其它方法(例如通过微波加热、电阻加热及用于加热清洁晶片604的其它加热方法)而加热清洁晶片604。在一些实施例中，加热室600、600'可经配置以加热清洁晶片604的导热材料，而基本上不加热所述清洁晶片的绝热材料。

虽然已将加热室600、600'描述为与工具100(图1A)分离，但本发明并不如此受限制。在其它实施例中，工具100可包含经配置以用于提供至少朝向清洁晶片604的导热材料被引导的热的组件。通过非限制性实例方式，工具100可包含加热灯，所述加热灯经配置以将热提供到安置于静电卡盘106(图1A)上的清洁晶片604的边缘部分。

因此，在一些实施例中，用于清洁用于形成半导体装置的工具的系统包括：晶片，其包括在约20℃下展现大于约400J/kg·K的比热容的第一材料；加热室，其经配置以加热所述晶片；及工具，其包括经配置以接纳所述晶片的静电卡盘、安置于所述静电卡盘的一部分周围的边缘环及介于所述边缘环与所述静电卡盘之间的凹穴区域。

因此，在一些实施例中，用于清洁用于制作半导体装置的工具的清洁晶片包括：绝热材料；及高比热容材料，其在约20℃下展现大于约400J/kg·K的比热容，环绕所述绝热材料的至少一部分且经配置以被安置于用于制作半导体装置的工具的静电卡盘上，所述高比热容材料经配置以上覆于被界定于所述工具的所述静电卡盘与边缘环之间的凹穴区域上。

图7是图解说明使用上文所描述的清洁晶片制作半导体装置的方法700的简化流程图。方法700可包含动作702，其包含将半导体晶片安置于工具中；动作704包含对半导体晶片进行图案化以形成一或多个特征；动作706包含从工具移除半导体晶片；动作708包含加热清洁晶片；动作710包含将清洁晶片安置于工具中；动作712包含在将清洁晶片安置于工具中的同时清洁所述工具；动作714包含从工具移除清洁晶片且将至少另一半导体晶片安置于所述工具中。

动作702可包含将半导体晶片安置于工具(例如上文参考图1A所描述的工具100)中。半导体晶片可包含任何半导体晶片，半导体结构及半导体装置在工具中至少部分地制作于所述任何半导体晶片上。

动作704包含对半导体晶片进行图案化以形成半导体装置的一或多个特征。对半导体晶片进行图案化可包含将半导体晶片暴露于一或多种蚀刻气体以用于在半导体晶片中形成结构(例如，电容器、导电通孔、晶体管、电极、存储器单元等)以形成一或多个半导体装置。在一些实施例中，对半导体晶片进行图案化可包含在一或多种材料中形成图案(例如，结构)，所述一或多种材料可在工具的表面上形成副产物，例如沉积物(例如，导电聚合物、盐类等)。通过非限制性实例方式，利用包括氨的蚀刻气体对半导体晶片进行图案化可形成沉积于工具中(例如上文参考图1B到图1D所描述的凹穴区域160中)的铵盐。在一些实施例中，沉积物可为导电的且在图案化过程期间导致导电沉积物与工具中的半导体晶片之间的电弧作用。

动作706可包含在清洁工具之前从所述工具移除经图案化半导体晶片。动作708可包含将清洁晶片加热到预定温度。清洁晶片可包含上文参考图2A到图5所描述的清洁晶片201、201'、201”、201”'中的任一者。可基于工具中的沉积物的组成而将清洁晶片加热到一定温度。在一些实施例中，可将清洁晶片加热到高于约100℃、高于约150℃、高于约200℃、高于约250℃、高于约300℃、高于约350℃、高于约400℃、高于约450℃或高于约500℃的温度。

清洁晶片可包含第一材料，所述第一材料包括高比热容材料，如上文参考图2A到图5所描述。在一些实施例中，加热清洁晶片可以比清洁晶片的其它部分相对快的速率来增加高比热容材料的温度。在一些实施例中，可在基本上不增加清洁晶片的其它部分的温度的情况下增加第一材料的温度。

在一些实施例中，可在与工具分离的加热室中(例如在如动作704中所描述的对半导体晶片进行图案化的同时)加热清洁晶片。加热室可包括(举例来说)加热灯、等离子体室、微波室或用于加热清洁晶片的另一室，如上文参考图6A到图6C所描述。

动作710可包含将经加热清洁晶片安置于工具中。在一些实施例中，可将清洁晶片输送到工具且安置于静电卡盘106(图1A)上。可将清洁晶片安置于静电卡盘106上，使得清洁晶片的第一材料的至少一部分上覆于凹穴区域160(图1B)上。在一些实施例中，可在低压力(例如，低于约1.0mmHg、例如从约0.05mmHg到约1.0mmHg的压力)下在(举例来说)晶片盒中将经加热清洁晶片从加热室输送到工具。在晶片盒中维持低压力可在将清洁晶片输送到工具的同时减少从经加热清洁晶片的热损失。

动作712可包含在将经加热清洁晶片安置于工具中的同时清洁所述工具。清洁所述工具可包含将所述室暴露于干燥气体或等离子体，例如，氧气、氩气、氮气、氢气、氦气、氯气、碳氟化合物(例如，四氟化碳(CF₄)、八氟环丁烷(C₄F₈)等)、六氟化硫(SF₆)、另一等离子体或其组合。在一些实施例中，在工具的清洁期间，所述工具的压力可为约1.0mmHg。在其它实施例中，可将工具的压力维持在低于约1.0mmHg。工具的温度可为介于约室温(例如，约23℃)与约50℃之间、介于约50℃与约100℃之间、介于约100℃与约150℃之间、介于约150℃与约200℃之间、介于约200℃与约300℃之间、介于约300℃与约400℃之间或介于约400℃与约500℃之间，但本发明并不如此受限制。在一些实施例中，所述温度为介于约50℃与约100℃之间。

在清洁动作期间，可将来自清洁晶片(例如，来自包括高比热材料的第一材料)的热从经加热清洁晶片转移到所述室的部分。举例来说，可将来自第一材料的热转移到凹穴区域160(图1B)、转移到边缘环150(图1B)且转移到绝缘材料152(图1B)。在一些实施例中，高比热容材料的温度可由于所述材料的高比热容而在清洁动作期间基本上不降低。因此，高比热容材料可在清洁动作期间展现高温。因此，可在清洁动作期间加热凹穴区域160、边缘环150及绝缘材料152。可将位于凹穴区域160中、接近所述凹穴区域、边缘环150及绝缘材料152的沉积物加热且可增加此类区域中的沉积物的蒸汽压力。可将凹穴区域160、边缘环150及绝缘材料152中的沉积物加热到高于所述沉积物的熔点或沸点的温度，从而致使所述沉积物挥发或以其它方式从凹穴区域160、边缘环150及绝缘材料152被移除。因此，可在清洁动作期间移除任何此类沉积物。

在一些实施例中，可在清洁动作期间将静电卡盘106(图1A)冷却。在一些此类实施例中，清洁晶片的第二材料可在清洁过程期间保持处于所要温度。通过非限制性实例方式，可通过与静电卡盘接触而将第二材料冷却，而第一材料的至少一部分并不与静电卡盘直接接触。在一些实施例中，可在清洁过程期间(例如)利用冷却器、背侧气体冷却(例如，利用氦气)或通过其它方法而将静电卡盘冷却。

动作714可包含在清洁过程之后从工具移除清洁晶片且将至少另一半导体晶片安置于所述工具中。

虽然图7图解说明在对每个半导体晶片进行图案化之后清洁所述工具，但本发明并不如此受限制。在一些实施例中，可将动作702到动作706重复进行所要次数直到期望或有必要清洁所述工具为止。可采用实证数据来确立可在清洁之间利用工具的次数。

因此，在一些实施例中，一种清洁用于形成半导体装置的工具的方法包括：加热包括陶瓷材料的晶片以至少加热所述陶瓷材料；将所述经加热晶片定位于用于形成半导体装置的工具的静电卡盘上，使得位于接近所述经加热晶片处的沉积物被加热以将所述沉积物中的至少一些沉积物汽化；及从所述工具移除所述经汽化沉积物。

因此，在至少一些实施例中，一种形成半导体装置的方法包括：在工具的室中对半导体晶片进行图案化；从所述工具移除所述半导体晶片；加热清洁晶片，所述清洁晶片包括具有大于约400J/kg·K的比热容的第一材料及包括绝热材料的第二材料；将所述经加热清洁晶片安置于所述工具的静电卡盘上，所述第一材料接近位于所述工具的被界定于所述静电卡盘与边缘环之间的凹穴区域中的沉积物，使得接近所述第一材料的所述沉积物被加热；及从所述工具移除所述沉积物。

在清洁过程期间将经加热清洁晶片安置于工具中可促进比清洁工具的常规方法更快地清洁工具，这是因为仅加热清洁晶片而非工具的多个组件。另外，由于加热清洁晶片的高比热容材料，因此热可从高比热容材料转移到凹穴区域以促进将接近所述高比热容材料的任何沉积物移除(例如，汽化)。高比热容材料的高比热容可在基本上不减小加热晶片(例如，高比热容材料)的温度的情况下促进加热凹穴区域。由于高比热容材料经定形且经配置以被安置成接近所述凹穴区域，因此可从所述凹穴区域移除沉积物。通过对比，常规清洁方法可并不充分地移除凹穴区域中的沉积物，这是因为至少一些沉积物可位于边缘环、静电卡盘与可在清洁过程期间安置于所述室中的晶片之间的位置处，且可并不充分地由清洁气体接触。在一些实施例中，将经加热高比热容材料安置成接近此类区域可促进移除此类区域中的任何沉积物。

在一些实施例中，由于清洁晶片可包含第二材料(举例来说，其包括绝热材料)，因此清洁晶片的与静电卡盘接触的部分可不将热转移到静电卡盘。在一些此类实施例中，在加热凹穴区域的同时，静电卡盘可基本上不由清洁晶片加热。在一些实施例中，在凹穴区域由高比热容材料加热的同时，在清洁过程期间将静电卡盘冷却。由于未加热静电卡盘，因此根据本发明的实施例的清洁过程可比常规清洁方法快地完成，这是因为消除了静电卡盘的加热及冷却循环。通过实例方式，常规清洁过程可需要加热整个工具来移除沉积物，后续接着在处理后续半导体晶片之前将整个工具冷却。仅作为一个实例，常规干法清洁过程可花费约90分钟来充分地加热所述室，而本文中所描述的干法清洁过程包含经加热清洁晶片可花费约30分钟或更少。因此，根据本文中所描述的实施例来清洁工具可不需要加热整个室，这是因为高比热容材料可将热引导到可积累沉积物的凹穴区域。

尽管已结合各图描述特定说明性实施例，但所属领域的技术人员将认识到并了解，由本发明囊括的实施例并不限于本文中所明确展示及描述的那些实施例。而是，可在不背离由本发明囊括的实施例的范围的情况下做出对本文中所描述的实施例的许多添加、删除及修改，例如下文中所主张的那些内容，包含合法等效内容。另外，来自一个所揭示实施例的特征可与另一所揭示实施例的特征组合，同时仍囊括于本发明的范围内。

Claims (27)

1.一种清洁用于形成半导体装置的工具的方法，所述方法包括：

加热包括第一材料和第二材料的晶片，所述第一材料包括陶瓷材料，所述第二材料包括组成与第一材料不同的绝热材料，所述第一材料环绕所述第二材料的外周；

将经加热晶片定位于用于形成半导体装置的工具的静电卡盘上，使得位于接近所述经加热晶片处的沉积物被加热以将所述沉积物中的至少一些沉积物汽化，将经加热晶片定位在所述静电卡盘上包括使所述静电卡盘的主表面与第二材料和第一材料接触；及

从所述工具移除经汽化沉积物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中加热包括第二材料的晶片包括：加热具有导热性低于所述第一材料的第二材料的所述晶片，所述第二材料包括硅、硼磷硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃。

3.根据权利要求1所述的方法，其中加热包括陶瓷材料的晶片包括：加热包括包含以下各项中的至少一者的陶瓷材料的晶片：氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硼及碳化硼。

4.根据权利要求1所述的方法，其中加热包括陶瓷材料的晶片包括：加热包括在约20℃下展现大于400J/kg·K的比热容的陶瓷材料的晶片。

5.根据权利要求1所述的方法，其中加热包括陶瓷材料的晶片包括：在将所述经加热晶片定位于所述工具的所述静电卡盘上之前在加热室中加热所述晶片。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在将所述经加热晶片放置于所述静电卡盘上之后将所述第二材料冷却至0℃以下。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述经加热晶片定位于用于形成半导体装置的工具的静电卡盘上使得位于接近所述经加热晶片处的沉积物被加热以将所述沉积物中的至少一些沉积物汽化包括：加热位于接近所述经加热晶片处的在凹穴区域中的一或多种铵盐，所述凹穴区域由所述经加热晶片、边缘环和接近所述经加热晶片的外围的绝缘材料之间的空间界定，所述边缘环安置于所述静电卡盘的一部分周围。

8.根据权利要求1所述的方法，其中加热晶片包括：将所述陶瓷材料加热到高于300℃的温度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述经加热晶片定位于静电卡盘上包括：在低于1.0mmHg的压力下将所述经加热晶片从加热室输送到所述工具。

10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述经加热晶片位于所述静电卡盘上的同时将所述工具暴露于等离子体。

11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述经加热晶片定位于用于形成半导体装置的工具的静电卡盘上使得位于接近所述经加热晶片处的沉积物被加热以将所述沉积物中的至少一些沉积物汽化包括：将所述沉积物加热到至少300℃。

12.根据权利要求1所述的方法，其中加热晶片包括：在所述工具外部加热所述晶片。

13.一种用于清洁用于形成半导体装置的工具的系统，所述系统包括：

晶片，其包括在约20℃下展现大于400J/kg·K的比热容的第一材料和包括绝热材料的第二材料，所述第一材料环绕所述第二材料的整个周长且直接覆盖并接触所述第二材料的上表面；

加热室，其经配置以加热所述晶片；及

工具，其包括：

静电卡盘，其经配置以接纳所述晶片；

边缘环，其安置于所述静电卡盘的一部分周围；及

凹穴区域，其介于所述边缘环与所述静电卡盘之间，所述晶片相对于所述边缘环升高，所述凹穴区域至少部分地由所述晶片和所述边缘环之间的空间界定，其中所述第二材料的下表面直接接触所述静电卡盘，所述第一材料不接触所述静电卡盘。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第二材料包括二氧化硅或氮化硅。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一材料包括以下各项中的至少一者：氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硼及碳化硼。

16.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一材料经配置以上覆于所述凹穴区域上。

17.根据权利要求13所述的系统，其中所述加热室包括经配置以在基本上不加热由所述第一材料环绕的绝热材料的情况下加热所述第一材料的等离子体室。

18.根据权利要求13所述的系统，其中所述加热室包括经配置以加热所述第一材料的加热灯。

19.根据权利要求13所述的系统，其进一步包括经配置以在所述晶片安置于所述静电卡盘上时将所述静电卡盘冷却的冷却器。

20.一种形成半导体装置的方法，所述方法包括：

在工具的室中对半导体晶片进行图案化；

从所述工具移除所述半导体晶片；

加热清洁晶片，所述清洁晶片包括在约20℃下具有大于400J/kg·K的比热容的第一材料及包括绝热材料的第二材料，所述绝热材料的导热性低于所述第一材料，所述第一材料仅环绕所述第二材料的周长；

将经加热清洁晶片安置于所述工具的静电卡盘上，所述第一材料接近位于所述工具的被界定于所述静电卡盘与边缘环之间的凹穴区域中的沉积物，使得接近所述第一材料的所述沉积物被加热，将所述经加热清洁晶片安置于所述静电卡盘上包括使静电卡盘的中央部分与所述第二材料接触，并使所述静电卡盘的外部与所述第一材料接触，所述边缘环安置于所述静电卡盘的一部分周围；及

从所述工具移除所述沉积物。

21.根据权利要求20所述的方法，其中从所述工具移除所述沉积物包括：将所述室暴露于清洁等离子体，所述清洁等离子体包括以下各项中的至少一者：氧气、氩气、氮气、氢气、氦气、氯气、碳氟化合物及六氟化硫。

22.根据权利要求20所述的方法，其中从所述工具移除所述沉积物包括：在将所述室的压力维持为低于1.0mmHg的同时加热所述沉积物。

23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括与加热接近所述第一材料的所述沉积物同时地将所述静电卡盘冷却。

24.一种用于清洁用于制作半导体装置的工具的清洁晶片，所述清洁晶片包括：

绝热材料；及

高比热容材料，其选自包括氮化硼、碳化硼、碳化铝、氮化钨、氧化铍、聚酰亚胺、石墨和石墨烯的群组，环绕所述绝热材料的至少一部分且经配置以被安置于用于制作半导体装置的工具的静电卡盘上，所述高比热容材料经配置以上覆于被界定于所述工具的所述静电卡盘与边缘环之间的凹穴上。

25.根据权利要求24所述的清洁晶片，其中所述高比热容材料包括氮化硼、碳化硼或其组合。

26.根据权利要求24所述的清洁晶片，其中所述高比热容材料包括安置于所述绝热材料的周长周围的环形物。

27.根据权利要求24所述的清洁晶片，其进一步包括另一材料，所述另一材料在所述绝热材料与所述高比热容材料之间径向包括二氧化硅。

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