专利名称：在等离子体处理室中寄生等离子体的防止的利记博彩app
在等离子体处理室中寄生等离子体的防止
背景技术：
随着每一后继的半导体技术的产生，晶片直径趋向于增加而晶体管尺寸减小，从而导致在衬底处理中需要更高程度的精度和可重复性。半导体衬底材料，如硅晶片，常规地在真空室中使用等离子体进行处理。等离子体处理技术包括溅射沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD )、抗蚀剂剥离、和等离子体蚀刻。在等离子体处理室中，在要被处理的衬底的附近，工艺气体被激发成等离子体。然而，在等离子体处理室中其他位置(如气孔、管道、升降销孔、增压室(plenum)、等等)的气体也可以在一定条件下被激发成不需要的等离子体。这种不需要的等离子体被称为寄生等离子体。在等离子体处理室中寄生等离子体由于许多原因可能会发生，这些原因如室组件的几何形状、等离子体工艺配方中使用的气体压强和气体化学物、无线电频率(RF)功率的供应、等等。寄生等离子体在等离子体处理中可引起各种问题，如颗粒污染、在处理过程中的时间和空间的不均匀性、和/或室组件的过早失效。因此，消除等离子体处理室中的寄生等离子体是合乎期望的。
发明内容
本文描述的是一种等离子体处理室的组件，其包括非金属材料制成的第一层，该第一层具有相对的第一和第二表面，该第一表面暴露于等离子体处理室中的等离子体且该第二表面不暴露于等离子体处理室中的等离子体；导电材料制成的第二层，该第二层结合到该第一层的第二表面上；延伸穿过整个的第一和第二层的空隙空间；管状套筒，其衬于第二层中的空隙空间的内表面，使得所述第二层不暴露于空隙空间，且在空隙空间中防止寄生等离子体；其中，管状套筒的一端与第一层和第二层的相对的表面共面且该管状套筒的另一端与所述第二层的下表面共面。
图1示出了示例性的等离子体处理室的示意图。图2示出了等离子体处理室的组件的横截面视图，该组件具有空隙空间。图3示出了根据第一实施方式所述的等离子体处理室的组件的横截面视图，该组件具有空隙空间，该空隙空间用套筒衬于其内部表面。图4示出了根据第二实施方式所述的等离子体处理室的组件的横截面视图，该组件具有空隙空间，该空隙空间用套筒衬于其内部表面。图5示出了根据第三实施方式所述的等离子体处理室的组件的横截面视图，该组件具有空隙空间，该空隙空间用套筒衬于其内部表面。
具体实施例方式本文描述的是一种用于消除寄生等离子体的方法和等离子体处理室的组件。该方法和组件不限于特定类型的等离子体处理室或特定的等离子体处理技术。等离子体处理室可以根据各种各样的机制来产生等离子体，如电感耦合(变压器耦合)、螺旋振子(helicon)、电子回旋共振、电容耦合(平行板)。例如，在变压器耦合等离子体(TCP )处理室或在电子回旋共振(ECR)处理室中可以产生高密度等离子体。变压器耦合等离子体处理室可从Lam Research Corporation,弗里蒙特,加利福尼亚州获得,其中RF能量被电感稱合进入室。能够提供高密度等离子体的高流量等离子体处理室的例子在共同拥有的美国专利No. 5，948，704中公开，其公开的内容通过引用结合于本发明。平行板等离子体处理室、电子回旋共振(ECR)等离子体处理室、和变压器耦合等离子体(TCP )处理室在共同拥有的美国专利No. 4，340，462; 4, 948，458; 5, 200，232和5，820，723中公开，其公开的内容通过引用结合于本发明。举例而言，在平行板处理室中可以产生等离子体，该平行板处理室如共同拥有的美国专利No. 6，090, 304中描述的双频等离子体蚀刻室，该公开的内容通过引用结合于本发明。一种优选的平行板等离子体处理室是双频电容耦合等离子体处理室，其包括上部网状电极和衬底支撑件。用于说明的目的，参考平行板型等离子体处理室在这里对实施方式进行描述。用于等离子体蚀刻的平行板等离子体处理室如图1所示。等离子体处理室100包括室110、入口装载锁定装置112、和可选的出口装载锁定装置114，其中进一步的细节在共同拥有的美国专利No. 6，824，627中描述，其全部内容通过引用被结合于此。装载锁定装置112和114 (如果提供的话)包括传输设备，以将如晶片等衬底从晶片供给件162传输通过室110，并输出到晶片容器164。装载锁定泵176可以向装载锁定装置112和114中提供所需的真空压强。如涡轮泵等真空泵172适于保持室110所需的压强。在等离子体蚀刻期间，室压强被控制，并且优选保持在足以维持等离子体的水平。室压强过高不利于蚀刻停止，而过低的室压强可导致等离子体熄灭。在中等密度的等离子体处理室中，例如平行板等离子体处理室中，优选的室压强保持在低于约200毫乇(例如，小于100毫乇，例如20至50毫乇)(这里所使用的“约”是指±10%)。真空泵172可以连接到室110的壁上的出口室，并且可以通过阀173调节，以控制室中的压强。优选地，当使蚀刻气体流入室110内时真空泵能够维持室110内的压强小于200晕壬。室110包括包含上部电极125 (例如，网状电极)的上部电极组件120，和衬底支撑件150。上部电极组件120被安装在上部壳体130。上部壳体130可以通过机构132垂直移动以调整上部电极125和衬底支撑件150之间的间隙。工艺气体源170可连接到壳体130以提供工艺气体到上部电极组件120，该工艺气体包括一种或多种气体。在优选的等离子体处理室中，上部电极组件包括气体分配系统，该系统可用于输送工艺气体到衬底的表面附近的区域。气体分配系统可以包括一个或多个气灶圈、喷射器和/或网状头(例如，网状电极)，其在共同拥有的美国专利No. 6，333，272、6，230，651,6, 013，155和5，824，605中公开，所公开的内容通过引用并入本发明。优选的上部电极125包括网状电极，其包括气孔(未示出)，以便穿过所述气孔分配工艺气体。气孔可具有介于0.02至0.2英寸之间的直径。网状电极可以包括一个或多个垂直地间隔开的挡板，该挡板能够促进工艺气体的所需的分布。上部电极和衬底支撑件可以由任何合适的材料制成，合适的材料如石墨、硅、碳化硅、铝(例如，阳极化铝)，或它们的组合。热传输液体源174可以被连接到上部电极组件120且另一个热传输液体源可以被连接到衬底支撑件150。衬底支撑件150可以具有用于静电夹持衬底在衬底支撑件150的上表面155(支承面)上的一个或多个嵌入夹持电极。衬底支撑件150可通过RF源和如RF匹配电路等伴随电路(图中未示出)进行供电。衬底支撑件150优选地是温度控制的，并且可选地可包括加热装置(图中未示出)。加热装置的实例在共同转让的美国专利No. 6，847,014和7，161，121中公开，其公开的内容通过引用并入本发明。衬底支撑件150可以支撑半导体衬底于支承表面155上，半导体衬底如平板或200毫米或300毫米晶片。
优选地，衬底支撑件150包括在其中的通道，用于在支承表面155上的衬底的下面供给例如氦气等热传输气体，以在等离子体处理时控制衬底的温度。例如，氦气背部冷却可以保持晶片的温度足够低，以防止在所述衬底上的光致抗蚀剂燃烧。一种通过引入加压气体进入衬底和衬底支撑表面之间的空间控制衬底的温度的方法，其在共同拥有的美国专利No. 6，140,612中公开，所公开的内容通过引用并入本发明。衬底支撑件150可以包括升降销孔(未示出)，通过适当的机构可以垂直地致动升降销通过该孔，并升高衬底，使其离开支撑表面155，以便传输进入或离开室110。升降销孔可以具有约0. 08英寸的直径。升降销孔的细节在共同拥有的美国专利No. 5，885，423和5，796, 066中公开，其公开的内容通过引用并入本发明。在上部电极125和衬底支撑件150中的空隙空间，如气孔、氦气通道、升降销孔，可以容易出现寄生等离子体。例如，如果空隙空间延伸穿过在RF频率具有不同的相对介电常数的材料的层，在某些条件下(例如，气体压强、RF负载、RF频率、等)，在各层之间会发生过量的RF电压。这些过量的RF电压(例如20V或更多)，可以足以引起在空隙空间中产生寄生等离子体。通常用在上部电极125和衬底支撑件150中的导电材料可以包括铝、钢、石墨、和掺杂硅。当RF功率被供给到处理室100以在其中产生等离子体时，空隙空间(例如气孔)的暴露的导电内表面可以聚集电场，并在内表面的附近增强寄生等离子体。平行板中的气体的DC击穿电压Vb作为压强p和间隙距离d的函数由Paschen方程给出
V1B = Bpd/(In(Apd)/In [ (I/ Y ))])
14 = Bpd ■
#HApd)^
其中A和B是通过气体的特性(例如，温度、气体组成和电离电势)确定的常数，且Y是与平行板的材料相关的参数。AC击穿电压可以小至Vb的十分之一，特别是在暴露于气体和聚集的电场中的导电表面的周边处。图2示出等离子体处理室的组件200 (例如，上部电极或衬底支撑件)中的空隙空间210的横截面示意图。组件200包括非金属材料(如陶瓷或不掺杂的硅)制成的层220、导电性材料制成的层230 (例如铝)。层220具有暴露于等离子体处理室中的等离子体260的表面220a和不暴露于等离子体260的表面220b。层230能使用适当的技术，如使用粘合剂(例如硅橡胶)，被结合到表面220b。每个空隙空间210延伸通过整个层220和整个层230，且通向等离子体处理室的内部。层220的厚度和层230的厚度分别优选为在0. 5至5毫米之间。空隙空间210的直径可以是在约0.02至约0.08英寸之间。层220可以由，例如，氧化铝、氮化铝、未掺杂的硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅和/或氧化钇制成。层230可由，例如，金属、石墨和/或掺杂的娃制成。层230具有暴露于空隙空间210的内部的导电表面235。在空隙空间210的内部可以产生寄生等离子体250，并导致该内部侵蚀和/或腐蚀。组件200可以被连接(如被粘合、被支撑、被紧固和/或被附着)到基部290。例如，可通过使液体流动通过嵌入其中的流体通道290a，使该基部温度受控制。该基部也可以有与空隙210流体连通的至少一个增压室290b。RF功率可以供给到基部290以产生等离子体260。层220可以具有嵌入其中的至少一个静电吸盘(ESC)电极220c。至少一个加热器240 (例如，薄膜加热器)优选地与层230热接触(例如，连接到层230的底表面或嵌入层230)。优选地，层230的导电性材料的在存在于等离子体处理室中的无线电频率下的相对介电常数是层220非金属材料的在该无线电频率下的相对介电常数的至少20倍。在例子中，其中空隙空间210填充有在30乇下的氦气；层220为约0.1英寸厚；层230用约0. 03英寸厚的粘合剂层结合到层220 ;该组件承受在27MHz的2500W的RF功率；以及等离子体260具有约60 Q的阻抗，在层230和表面220a之间将建立约15. 5V的RF电位，该电位可以超过在空隙210中的氦气的击穿电压并在其中产生寄生等离子体250。在一个实施方式中，如图3所示，管状套筒300衬于空隙空间210的内表面。套筒300优选由介电常数低于层230的介电常数的材料制成，例如，塑料(例如，聚醚醚酮)或陶瓷(如氧化铝)。优选地，在层220中的空隙空间210的部分与通过套管300的通道具有相同的横截面形状(例如，圆形、多边形或任何其它合适的形状)。空隙空间210可以是圆筒或棱镜的形状。具体而言，如果空隙空间210是圆筒形的，则管状套管300具有与层220中的空隙空间210的内径相等的内径。套筒300的径向厚度应该足以抑制空隙空间210的寄生等离子体，优选至少为0.01英寸。优选地，套筒300由与层220的材料相同的材料制成，并且不直接暴露于等离子体260。套管300优选具有与层230的上部表面共面的一端部，且套筒300的另一端优选为与层230的下表面共面，使得层230的导电表面235由套筒300完全覆盖，即没有任何导电表面暴露于空隙空间210。优选地，套筒300并不延伸进入基部290。套筒300可以是通过任何合适的方式固定到组件200的自支撑套筒，该合适的方式如粘合剂、压入配合等。然而，套筒300可以具有在其外部表面的螺纹，该螺纹与在层叠体200中螺纹啮合。套筒300也可以是通过任何合适的涂布方法以涂层的形式施加在空隙空间210的内表面上，合适的涂布方法例如，CVD、等离子体喷涂。在另一实施方式中，如图4所示，除了管状套筒400具有上凸缘410之外，管状套筒400与套筒300相同。凸缘410优选具有与层230的上表面共面的上表面。在将层220结合到层230之前，可将套筒400安装到空隙空间210中。图5示出了又一实施方式。除了管状套筒500具有下凸缘510，管状套筒500与套筒300相同。在这种情况下，该凸缘具有与层230的下表面共面的下表面。在将基部290连接到层230之前，可将套筒500安装在空隙空间210中。本文所描述的套筒也可用于空腔、孔洞、管道、空隙、增压室和/或其他容易在等离子体处理室中产生寄生等离子体的空间。该套筒可被制成适合这些空间的内部的导电表面的形状。例如，衬底支撑件150可以具有在升降销孔和/或氦通道中的套筒。虽然用于消除寄生等离子体的套筒，以及其中具有套筒的等离子体暴露层叠体已参照本文特定的实施方式进行了详细描述，对本领域的技术人员而言，显而易见，在不脱离所附的权利要求涵盖的范围的情况下，可以做出各种变化和修改，以及使用各种等同方案。
权利要求
1.一种等离子体处理室的组件，其包括非金属材料制成的第一层，所述第一层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面暴露于所述等离子体处理室中的等离子体且所述第二表面不暴露于所述等离子体处理室中的等离子体；导电性材料制成的第二层，所述第二层结合到所述第一层的所述第二表面；空隙空间，其延伸通过整个所述第一层和所述第二层，通向所述等离子体处理室的内部;管状套筒，其衬于所述第二层中的所述空隙空间的内部表面，使得所述第二层不暴露于所述空隙空间且在所述空隙空间能防止寄生等离子体；其中，所述管状套筒的一端与所述第一层和所述第二层的相对的表面共面，且所述管状套筒的另一端与所述第二层的下表面共面。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管状套筒由与所述第一层的材料相同的材料制成；所述管状套筒由介电常数低于制成所述第二层的材料的介电常数的材料制成；所述管状套筒由塑料或陶瓷制成；和/或所述管状套筒是涂层。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管状套筒具有与所述第一层中的所述空隙空间的内径相等的内径。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管状套筒用在所述管状套筒的外表面上的粘合剂、锚定件、和/或螺纹固定于所述空隙空间的内表面。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一层由氧化铝、氮化铝、未掺杂的硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅和/或氧化钇制成；且其中所述第二层由金属、石墨和/或掺杂硅制成。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管状套筒具有由在所述第二层中配套的凹部接收的上部向外延伸的凸缘或下部向外延伸的凸缘。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管状套筒具有至少为O.Ol英寸的壁厚。
8.根据权利要求1所述的组件，其中，在存在于所述等离子体处理室中的无线电频率下的所述导电性材料的相对介电常数是在所述无线电频率下的所述非金属材料的相对介电常数的至少20倍。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二层具有介于O.5至5毫米之间的厚度。
10.根据权利要求1所述的组件，进一步包括与所述第二层热接触的至少一个加热器。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述至少一个加热器是嵌入所述第二层中或连接到所述第二层的底部表面的薄膜加热器。
12.根据权利要求1所述的组件，其中，所述组件是上部电极或衬底支撑件；和/或其中，所述空隙是气孔、升降销孔、氦通路、管道和/或增压室。
13.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二层由粘合剂结合到所述第二表面。
14.根据权利要求1所述的组件，进一步包括至少一个嵌入式ESC电极。
15.根据权利要求1所述的组件，其中，所述空隙空间的内径介于O.02至O. 08英寸之间。
16.根据权利要求1所述的组件，进一步包括连接到所述第二层的基部，其中，无线频率功率被提供给所述基部；所述基部具有嵌入的流体通道；和/或所述基部具有与所述空隙空间流体连通的至少一个增压室。
17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述基部被粘合、被支撑、被紧固和/或被附着到所述第二层。
18.一种等离子体处理室，其包括根据权利要求1所述的组件。
19.一种制备根据权利要求1所述的组件的方法，其包括用所述管状套筒衬于所述第二层中的所述空隙空间的所述内表面，以使所述第二层不暴露于所述空隙空间且能在所述空隙空间防止寄生等离子体；以及将所述第二层结合到所述第一层的所述第二表面。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将基部连接到所述第二层。
全文摘要
在等离子体处理室的组件中的空隙中的寄生等离子体可以通过用套筒覆盖该空隙的内部中的导电表面而消除。该空隙可以是在室组件中的气孔、升降销孔、氦通路、管道和或增压室，该室组件例如上部电极和衬底支撑件。
文档编号H01L21/3065GK103026799SQ201180036642
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月18日 优先权日2010年7月27日
发明者安东尼·里奇, 沙鲁巴·乌拉尔, 拉里·马丁内斯 申请人:朗姆研究公司