一种半导体制造设备零部件处理方法与流程

1.本发明涉及半导体制造设备零部件处理领域，具体涉及一种半导体制造设备部件清洗方法和表面痕量污染的检测方法。


背景技术：

2.刻蚀是半导体制造工艺中的关键步骤。刻蚀步骤通常通过等离子体对基片进行干法刻蚀，而用于刻蚀工艺的等离子刻蚀机腔室内的零部件通常是由铝及其合金制成，并且直接暴露于等离子环境中，因而通常会在零部件表面涂上耐等离子体腐蚀部件涂层。目前，耐等离子体腐蚀部件涂层主要以y2o3,yof,yf3这三种最常见。
3.然而在刻蚀工艺中，通常会引入掺杂元素、金属离子如碱金属、碱土金属以及重金属等污染物，这些污染物附着在腔室壁和零部件表面，特别是如气体喷淋头等的表面，会对基片上的半导体元器件造成污染，而影响元器件的性质，缩短元器件的寿命。因此，对于半导体制造设备的零部件清洗至关重要。而在传统的零部件清洗过程中，通常使用硝酸等无机强酸，这些酸会与耐等离子体腐蚀涂层反应而对涂层造成破坏。
4.在清洗完成后，会对零部件表面的痕量污染物进行测定以检查清洁效果。然而，测定这些涂层表面痕量污染物的方法十分有限，目前业内以icp-ms即电感耦合等离子色谱为主。通常测试前需要通过酸溶液包括硝酸对涂层表面进行金属离子的萃取，在此过程中，酸溶液往往会对涂层造成腐蚀，最终使涂层发生开裂。因此，探索出能够高效对涂层表面金属离子进行萃取又不对涂层造成损坏的测试方法尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种半导体制造设备零部件的清洗方法和检测方法，不会在材料表面造成破坏或留下印迹，从而实现零部件的无损检测和清洗，并且edta等螯合剂不会因为溶解率低的原因在ipc-ms的管路中发生析出。
6.为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
7.一种半导体制造设备零部件的处理方法，所述零部件的表面包含稀土涂层，所述零部件在半导体制造设备中经历工艺过程后，在所述稀土涂层表面附有金属离子，所述处理方法包含如下步骤：
8.施加萃取液至经历工艺流程的所述零部件的表面进行处理，萃取所述金属离子，所述萃取液为螯合剂水溶液。
9.进一步的，所述处理为对零部件表面进行清洗，施加萃取液的方式为将待处理零部件浸没在含有萃取液的清洗槽中。
10.进一步的，施加萃取液时还包含步骤：对所述清洗槽施加第一次超声。
11.进一步的，在所述处理后还包含步骤：将所述零部件进行第一次烘干。
12.进一步的，所述第一次超声的时间为10min～30min，超声功率为20mw～100mw。
13.进一步的，在进行第一次烘干后还包含步骤：将所述零部件浸没在含有萃取液的
清洗槽中，并对所述清洗槽施加第二次超声。
14.进一步的，所述第二次超声的时间为10min～30min，超声功率为10mw～50mw。
15.进一步的，还包含步骤：对经过所述第二次超声步骤的所述零部件进行第二次烘干。
16.进一步的，所述第一次烘干和第二次烘干的温度为50℃～90℃，烘干时间为2～6小时。
17.进一步的，所述处理为对表面痕量污染进行测试，施加萃取液的方式为将萃取液滴加至所述零部件的表面，萃取时间为10min～60min，得到原始溶液。
18.进一步的，还包含步骤：将所述原始溶液与nh4oh和h2o2在避光条件下混合，得到待测溶液。
19.进一步的，还包含步骤：将所述待测液静置1小时后，送入电感耦合等离子体质谱进行痕量元素分析。
20.进一步的，所述螯合剂为edta、dtpa、idha或eddha中的一种或多种。
21.进一步的，所述稀土涂层为y2o3、yof或yf3中的一种或多种。
22.进一步的，所述零部件为气体喷淋头、陶瓷窗、衬套、喷嘴、接地环、边缘环、聚焦环或耦合环中的一种或几种。
23.本发明与现有技术相比具有以下优点：
24.(1)本发明使用edta等螯合剂对零部件表面的金属元素进行萃取，与无机酸萃取和清洗方法相比，不会在y2o3等耐等离子体腐蚀材料表面造成破坏或留下印迹。
25.(2)本发明通过先萃取再稳定的方式的分步方式，避免了edta等螯合剂因为溶解率低而在ipc-ms的管路中析出造成管路堵塞的问题，既保证了edta对金属离子的络合又避免其在管路中发生析出的现象。
附图说明
26.图1为本发明的半导体制造设备零部件的结构示意图；
27.图2为本发明实施例一所述的半导体制造设备零部件清洗方法的工艺流程图；
28.图3a为表面涂覆有y2o3涂层的零部件在清洗工艺之前表面的扫描电镜图；
29.图3b为使用本发明实施例一所述的清洗方法清洗表面涂覆有y2o3涂层的零部件之后表面的扫描电镜图；
30.图4中a图为表面涂覆有y2o3涂层的零部件在清洗工艺之前表面的元素分析；图4中b图为使用本发明实施例一所述的清洗方法清洗表面涂覆有y2o3涂层的零部件之后表面的元素分析；
31.图5为本发明实施例二所述的半导体制造设备零部件表面痕量元素检测方法的工艺流程图；
32.图6为本发明实施例三所述的半导体制造设备零部件表面痕量元素检测方法的工艺流程图；
33.图7中的a图、b图、c图分别为使用硝酸和edta萃取半导体制造设备零部件表面痕量元素后icp-ms内不同元素成分含量图。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
或“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。
36.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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明一实施例的目的。
37.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
38.如图1所示，为本发明所述的半导体制造设备零部件的结构示意图。所述零部件包含金属基底12，和耐等离子体腐蚀涂层11。所述金属基底12通常选自铝及其合金材料。耐等离子体腐蚀涂层11通常选自稀土元素的氟化物、氧化物或氟氧化物，如氧化钇(y2o3)，氟化钇(yf3)，氟氧化钇(yof)等材料。所述零部件为气体喷淋头、陶瓷窗、衬套、喷嘴、接地环、边缘环、聚焦环或耦合环中的一种或几种。
39.实施例一
40.请参考图2，为本发明提供的一种半导体制造设备零部件清洗方法。该清洗方法包括如下步骤：
41.步骤s201：将待清洗的零部件放入盛有乙二胺四乙酸(edta)溶液的清洗槽内保持浸没。其目的在于使得edta能够与待清洗的零部件充分接触，edta的氧化能力较弱，无法使稀土涂层发生溶解。其大分子结构却能够与涂层表面的金属离子发生络合反应，使其脱离零部件的表面；
42.步骤s202：对清洗槽进行第一次超声，时间为10-30分钟，超声功率为20-100mw。其目的在于使大分子结构edta与零部件表面的残余金属离子充分反应，增加络合反应效率；
43.步骤s203：从清洗槽中取出零部件，在50-90℃温度下烘干2-6小时。
44.在另一个实施例中，所述清洗方法还可以包括如下步骤：
45.步骤s204：将零部件重新浸没于盛有edta溶液的清洗槽中，进行第二次超声，时间为10-30分钟，超声功率为10-50mw，进行第二次超声的目的是增强清洁效果，使得在第一次超声步骤中可能未被络合的金属离子去除得更为彻底；
46.步骤s205：从清洗槽中取出零部件，在50-90℃温度下烘干2-6小时。
47.其中，步骤s201中edta溶液的浓度可以是0.1％～20％，最好是1％～10％。在另一个实施例中，也可重复s204至s205的步骤，以进一步增强清洗效果。在另一个实施例中，步骤s204中的edta溶液的浓度可以是0.1％～20％，最好是1％～5％。步骤s201和步骤s204中
的edta溶液浓度可以不相同。若edta的浓度范围小于0.1％,则无法完全与金属离子发生络合。若edta的浓度范围大于20％，edta容易在溶液中发生团聚并凝结在待清洗零部件的表面。
48.图3a和图3b分别示出了图1所示的零部件清洗之前和使用本实施例所述的清洗方法清洗之后的扫描电镜图，可以看出，在分别放大5000倍和1000倍的电镜图下，清洗前后零部件表面的涂层结构没有发生变化，请结合图4中的a图和b图所示的清洗前后零部件表面的元素分析结果，可见，y2o3涂层的元素组成并没有发生巨大的变化，因此使用edta来络合零部件表面的污染物金属离子，不会损伤y2o3等稀土涂层结构
49.在另一个实施例中，也可使用二乙基三胺五乙酸(dpta)、亚氨基二琥珀酸(idha)、乙二胺二邻苯基乙酸钠(eddha)等螯合剂对零部件进行清洗，但本发明不以此为限。
50.实施例二
51.请参考图5，为本发明提供的一种半导体制造设备零部件表面痕量元素检测方法。该检测方法包括如下步骤：
52.步骤s401：在待检测的零部件表面滴加edta溶液，络合萃取零部件表面的痕量污染物10-60分钟，其目的在于使得edta与零部件表面金属离子发生充分络合；
53.步骤s402：将萃取得到的萃取液和氨水(nh4oh)与双氧水(h2o2)混合溶液在避光条件下混合，得到待测液，静置1小时，其目的在于保证edta-金属离子络合物的稳定性；
54.步骤s403：将待测液送入ipc-ms中进行痕量元素分析；
55.步骤s404：测试完成后，使用nh4oh与h2o2混合溶液对icp-ms管路进行清洗，其目的在于避免管路由于edta因溶解度低析出带来的堵塞。
56.其中，步骤s401中使用的edta溶液的浓度是0.1％～5％，最好是1％～3％。步骤s402中得到的待测液中edta:nh4oh:h2o2的比值为1:50:50～1:20:20，最好是1:40:40～1:10:10在另一个实施例中，步骤s404中用于清洗的nh4oh和h2o2的混合溶液中nh4oh:h2o2的比值为1:20～1:1，最好是1:10～1:1。若edta:nh4oh:h2o2比值超出范围，则edta容易在溶液中发生团聚并凝结，进而堵塞icp-ms的管路。
57.在步骤s402中，将edta萃取得到的萃取液与nh4oh与h2o2后再送入icp-ms中进行检测分析，这是因为，如果仅将edta萃取得到的萃取液送入icp-ms中，由于edta的溶解率低，非常容易在icp-ms的管路中析出，从而堵塞管路。而将edta与nh4oh与h2o2混合后，可以促进edta的溶解，使其不在管路中析出，且添加nh4oh与h2o2之后，不会影响测试结果的准确性和灵敏度。
58.图7中的a图、b图和c图分别示出了使用本发明实施例二所述的检测方法得到的半导体制造设备零部件表面的痕量铜、镁和钛的icp-ms测试结果与使用硝酸溶液得到的对应的三种元素的icp-ms测试结果。可以看出，使用本发明所述的检测方法检测铜、镁、钛这些痕量元素的灵敏度更高，结果更为可靠。
59.实施例三
60.请参考图6，为本发明提供的另一种半导体制造设备零部件表面痕量元素检测方法。该检测方法包括如下步骤：
61.步骤s501：在待检测的零部件表面滴加dtpa溶液，络合萃取零部件表面的痕量污染物10-60分钟；
62.步骤s502：将萃取得到的萃取液和nh4oh与h2o2混合溶液在避光条件下混合，调节ph值至5-6，得到待测液，静置1小时；
63.步骤s503：将待测液送入ipc-ms中进行痕量元素分析；
64.步骤s504：测试完成后，使用nh4oh与h2o2混合溶液对icp-ms管路进行清洗。
65.其中，步骤s501中使用的dtpa溶液的浓度是0.5％～10％，最好是1％～5％。步骤s502中得到的待测液中ddta:nh4oh:h2o2的比值为1:60:60～1:30:30，最好是1:40:40～1:20:20在另一个实施例中，步骤s504中用于清洗的nh4oh和h2o2的混合溶液中nh4oh:h2o2的比值为1:20～1:1，最好是1:10～1:1。若edta:nh4oh:h2o2比值超出范围，则edta容易在溶液中发生团聚并凝结，进而堵塞icp-ms的管路。
66.在另一个实施例中，也可使用idha、eddha等螯合剂对零部件表面痕量元素进行萃取，但本发明不以此为限。
67.综上所述，本发明使用edta等螯合剂替代传统的硝酸作为萃取剂，来清洗、络合半导体制造设备零部件表面的金属元素，从而可以在不损伤零部件表面的含钇涂层的情况下清洗零部件、检查零部件表面的痕量元素，检测的灵敏度也相较硝酸更高，并通过nh4oh与h2o2促进edta的溶解，使待测液不会在icp-ms的管路中析出。
68.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述零部件的表面包含稀土涂层，所述零部件在半导体制造设备中经历工艺过程后，在所述稀土涂层表面附有金属离子，所述处理方法包含如下步骤：施加萃取液至经历工艺流程的所述零部件的表面进行处理，萃取所述金属离子，所述萃取液为螯合剂水溶液。2.如权利要求1所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述处理为对零部件表面进行清洗，施加萃取液的方式为将待处理零部件浸没在含有萃取液的清洗槽中。3.如权利要求2所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，施加萃取液时还包含步骤：对所述清洗槽施加第一次超声。4.如权利要求3所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，在所述处理后还包含步骤：将所述零部件进行第一次烘干。5.如权利要求3所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述第一次超声的时间为10min～30min，超声功率为20mw～100mw。6.如权利要求4所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，在进行第一次烘干后还包含步骤：将所述零部件浸没在含有萃取液的清洗槽中，并对所述清洗槽施加第二次超声。7.如权利要求6所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述第二次超声的时间为10min～30min，超声功率为10mw～50mw。8.如权利要求7所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，还包含步骤：对经过所述第二次超声步骤的所述零部件进行第二次烘干。9.如权利要求8所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述第一次烘干和第二次烘干的温度为50℃～90℃，烘干时间为2小时～6小时。10.如权利要求1所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述处理为对表面痕量污染进行测试，施加萃取液的方式为将萃取液滴加至所述零部件的表面，萃取时间为10min～60min，得到原始溶液后用于测试。11.如权利要求10所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，还包含步骤：将所述原始溶液与nh4oh和h2o2在避光条件下混合，得到待测溶液。12.如权利要求11所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，还包含步骤：将所述待测液静置1小时后，送入电感耦合等离子体质谱进行痕量元素分析。13.如权利要求1所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述螯合剂为edta、dtpa、idha或eddha中的一种或多种。14.如权利要求1所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述稀土涂层为y2o3、yof或yf3中的一种或多种。15.如权利要求1所述的半导体制造设备零部件的处理方法，其特征在于，所述零部件为气体喷淋头、陶瓷窗、衬套、喷嘴、接地环、边缘环、聚焦环或耦合环中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种半导体制造设备零部件处理方法，该处理方法包含：施加萃取液至经历工艺流程的所述零部件的表面进行处理，萃取金属离子，所述萃取液为螯合剂水溶液。本发明提供的一种半导体制造设备零部件的清洗方法和检测方法，不会在材料表面造成破坏或留下印迹，从而实现零部件的无损检测和清洗，并且EDTA等螯合剂不会因为溶解率低的原因在IPC-MS的管路中发生析出。MS的管路中发生析出。MS的管路中发生析出。


技术研发人员：孙祥 郭盛 阿尔曼
受保护的技术使用者：中微半导体设备（上海）股份有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2023/8/24