專利名稱：用于最小化等離子體處理室內(nèi)的電弧的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理基片的裝置和方法，這些基片諸如用于IC制造的半導(dǎo)體基片或用于扁平板顯示器制造的玻璃板。更特別地，本發(fā)明涉及用于在處理過程中最小化與等離子體處理室相關(guān)的面向等離子體元件與等離子體處理室內(nèi)的等離子體和/或另一面向等離子體元件之間的電弧的改進的方法和裝置。
背景技術(shù)：
等離子體處理系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)一段時間了。這些年來，利用感應(yīng)耦合等離子體源、電子回旋加速器諧振(electron cyclotronresonance，ECR)源、電容源等的等離子體處理系統(tǒng)已被引入，且在不同程度上被用來處理半導(dǎo)體基片和玻璃板。
在處理過程中，通常利用多種沉積步驟和/或蝕刻步驟。在沉積過程中，材料被沉積到一基片表面上(諸如玻璃板或晶片的表面)。例如，包含不同形式的硅、二氧化硅、氮化硅、金屬等的沉積層可形成在基片的表面上。相反地，可以利用蝕刻以有選擇地從基片表面上的預(yù)定區(qū)域除去材料。例如，被蝕刻的特征諸如通道、觸點或溝道可以被形成在基片層中。注意，在一些蝕刻過程可以利用化學(xué)性質(zhì)和/或參數(shù)，同時在面向等離子體表面上蝕刻和沉積薄膜。
使用多種等離子體產(chǎn)生方法(這些方法包括感應(yīng)耦合、ECR、微波和電容耦合等離子體方法)可以產(chǎn)生和/或保持等離子體。在感應(yīng)耦合等離子體處理室中，例如，一種感應(yīng)源被利用產(chǎn)生等離子體。為便于討論，圖1舉例說明了一種現(xiàn)有技術(shù)感應(yīng)等離子體處理室100，在這個例子中，該處理室用于蝕刻。等離子體處理室100包括一基本成圓柱狀的室壁部分102和一個設(shè)置于電介質(zhì)窗戶106之上的天線或感應(yīng)線圈104。通常，天線104可操作地連接到第一RF電源108，該第一RF電源可以包括示出的RF生成器110和RF匹配網(wǎng)絡(luò)112。RF生成器110可以在例如4MHz的頻率工作。一般地來說，來自RF生成器的RF信號可以是正弦的、脈沖的或非正弦的。電介質(zhì)窗口106通常由高阻抗的電介質(zhì)材料諸如高阻抗的金剛砂(silicon carbide，SiC)形成。
在等離子體處理室100內(nèi)，通常提供有一組氣體入口(未示出)便于氣體源材料(例如蝕刻劑源氣體)導(dǎo)入電介質(zhì)窗口106和基片114之間的RF感應(yīng)等離子體區(qū)域。基片114被引入室100且設(shè)置在卡盤116上?？ūP116一般作為一個電極且可操作地連接到第二RF電源118。該第二RF電源可以包括示出的RF生成器120和RF匹配網(wǎng)絡(luò)122。RF生成器120可以在例如13.56MHz的頻率工作。如上所提到的，來自RF生成器120的RF信號象其它來自RF生成器的RF信號一樣可以是正弦的、脈沖的、或非正弦的。
為了產(chǎn)生等離子體，處理源氣體通過之前提到的一組氣體入口輸入室100。然后使用RF電源108把電力傳送到感應(yīng)線圈104以及使用RF電源118把電力傳送到卡盤116。耦合通過電介質(zhì)窗口106的、從RF電源108傳送的RF能量激活處理源氣體，從而，產(chǎn)生等離子體124。
在某些室結(jié)構(gòu)中可以設(shè)置一個聚焦環(huán)126。對于那些熟悉該等離子體處理技術(shù)的人都清楚，聚焦環(huán)有助于把來自等離子體124的離子集中在基片114的表面上，以改進處理均勻性。聚焦環(huán)126也保護卡盤116的一部分免于在處理過程中遭到毀壞。在某些室結(jié)構(gòu)中也可以設(shè)置等離子體屏蔽物(plasma screen)128，以有助于包含等離子體以及阻止等離子體泄漏到室的非有效區(qū)域諸如卡盤116下面的區(qū)域中。這種泄漏可能造成早期侵蝕和/或?qū)е虏幌胍牟牧显谀承┦也糠稚喜贿m當(dāng)?shù)某练e。
多個磁鐵130可以設(shè)置在室壁102的環(huán)境的周圍。這些磁鐵可以被使用例如以便于控制蝕刻速率的均衡性。根據(jù)特定的制造商以及/或特定蝕刻過程的要求，室100也可以包含有不同的元件。例如，也可以有壓力控制環(huán)、熱邊緣環(huán)、不同氣體噴嘴、探測器、室襯墊等。為簡化說明，這些已知的元件從圖1中省略。
一般而言，對蝕刻過程進行嚴格控制以獲得令人滿意的蝕刻結(jié)果是非常重要的。因此，必須仔細地控制諸如RF電壓、RF電源、偏置電壓、偏置電源、等離子體密度、室中污染的數(shù)量等這樣的參數(shù)。在這一方面，等離子體處理室的設(shè)計特別是面向等離子體元件的設(shè)計是非常重要的。如這里使用的術(shù)語，面向等離子體元件表示一個具有至少一個在處理過程中接觸或面向等離子體的表面的元件。一般地，室中的面向等離子體元件必須被仔細地選取以取得成本合理、機械強度適當(dāng)、與蝕刻化學(xué)兼容、污染低、電特定適當(dāng)以及其它的理想結(jié)合。
例如，鋁、陽極氧化鋁或鋁合金之一長久以來已被使用制造面向等離子體元件。雖然鋁相對便宜且易于制造，但它受到與某些蝕刻過程諸如那些在基片表面上蝕刻鋁層中涉及的蝕刻過程化學(xué)不兼容的影響。甚至在具有陽極氧化涂層或一些其它的涂層的情況下，由于包含鋁的粒子在室中不想要的存在導(dǎo)致的污染風(fēng)險使鋁在某些應(yīng)用中不被接受。這種包含鋁的粒子可能導(dǎo)致污染物在被處理的基片上不想要的沉積，或可能融入沿室側(cè)壁的聚合體裝置，使室的清潔任務(wù)更加困難，且執(zhí)行起來更加耗費時間。
其它材料諸如金剛砂(SiC)擁有不同的化學(xué)特性，因此可以被用來制造面向等離子體元件，即使使用SiC可能涉及成本、電性質(zhì)和/或機械性質(zhì)上的平衡。一些材料可能具有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)性質(zhì)和電性質(zhì)但可能例如難以制造和/或制造成本昂貴和/或難以產(chǎn)生必要的純度。因此，沒有材料完美地適合每種應(yīng)用，一種化學(xué)兼容性好且產(chǎn)生低污染的材料常常受到其它缺陷諸如不理想的電性質(zhì)的影響。因此，制造商通常試圖在為這些用于不同處理應(yīng)用的面向等離子體元件選取“適當(dāng)”的材料上平衡不同因素。
從而，發(fā)明人注意到在某些過程中的某些RF電源裝置上，電弧可能在等離子體諸如圖1的等離子體124和面向等離子體元件的面向等離子體表面之間產(chǎn)生。電弧的產(chǎn)生似乎與面向等離子體表面是否與等離子體124的可觀察的等離子體云直接接觸無關(guān)。在一些情況下，如果面向等離子體元件由一種具有較低阻抗的材料構(gòu)成，在過程的某些階段中電弧似乎更加顯著。這些低阻抗材料可能包括例如鋁、不銹鋼、各種鋁合金和/或不銹鋼合金、低阻抗金剛砂(SiC)、硅(Si)、碳化硼(B4C)、石墨(C)等。低阻抗材料有時有利于某些面向等離子體元件諸如室壁的制造，這是因為低阻抗材料似乎在把RF功率包含在室內(nèi)更為高效。還注意到在某些造成聚合體沉積在面向等離子體表面上的蝕刻過程中，電弧在過程的某些階段似乎更加顯著。
電弧是一個嚴重的問題，因為它不利地降低了過程結(jié)果。例如，圖2是一個在觀察到電弧的典型蝕刻過程中等離子體發(fā)射431nm光輻射的圖。如光輻射信號內(nèi)瞬間峰值202A和202B所顯示，在形成弧光的過程中等離子體的行為不可預(yù)測，因此產(chǎn)生不可預(yù)期的蝕刻結(jié)果。而且，電弧有時從面向等離子體表面將粒子飛濺到室內(nèi)部，造成在不可預(yù)測的時間上發(fā)生不想要的污染。而且，電弧立即或隨時間對面向等離子體元件的面向等離子體表面造成毀壞常常是嚴重的毀壞。
例如，圖3示出由電弧毀壞的金剛砂面向等離子體元件的內(nèi)部表面的示意圖。在這種情況下，電弧痕跡302的形狀受與成放射狀設(shè)置在室壁的外部環(huán)境周圍的磁鐵有關(guān)的磁場的影響。應(yīng)該指出磁鐵剛好是圖3的圖取自其中的室的一部分；然而，磁鐵的存在與否似乎不是電弧是否發(fā)生的決定因素。從室壁沿電弧痕跡移位的SiC粒子被作為污染物引入室內(nèi)部。由室壁內(nèi)部上的電弧痕跡302造成的蝕損斑，使的必須更換室壁，這種更換是昂貴而耗時的過程，以及不可避免地中斷了在半導(dǎo)體產(chǎn)品的制作中使用等離子體處理室。
當(dāng)然，一個控制電弧的顯而易見的方法是通過把面向等離子體元件直接接地而簡單地使面向等離子體元件接地。盡管許多嘗試，直接把面向等離子體元件接地不能總是解決問題?？刂齐娀〉牧硪环椒ㄊ歉钠渌奶幚韰?shù)，諸如不同RF電源的RF電壓和RF功率。然而，這不總是可能的，這是因為許多處理過程要求某些參數(shù)保持在某一范圍內(nèi)。還有一種控制電弧的方法是選擇用于面向等離子體元件的具有不同電性質(zhì)的材料。然而，這也不總是一個理想的解決方案，這是因為不同的材料可能引入一系列不同的問題，諸如化學(xué)性質(zhì)不兼容、污染增加、制作成本增加、機械強度低等。
考慮到上述問題，本發(fā)明提供了理想的、用于在處理過程中降低和/或消除與等離子體處理室有關(guān)聯(lián)的面向等離子體元件與等離子體之間的電弧的改進方法和裝置。優(yōu)選地，用于降低和/或消除電弧的技術(shù)適用于被用來制造面向等離子體元件的任何類型的材料。

發(fā)明內(nèi)容
在一實施例中，本發(fā)明涉及一種用于處理基片以在其上形成電子元件的等離子體處理室。該等離子體處理室包括面向等離子體元件，該等離子體元件具有在基片處理過程中面向等離子體處理室內(nèi)的等離子體的面向等離子體的表面。該面向等離子體元件與接地端子電絕緣。該等離子體處理室還包括耦合到面向等離子體元件的接地裝置，該接地裝置包括第一電阻電路，其設(shè)置在面向等離子體元件和接地端子之間的第一電流通路內(nèi)。該接地裝置還包括RF濾波器裝置，設(shè)置在面向等離子體元件和接地端子之間的至少其它一個電流通路內(nèi)，其中，選擇第一電阻電路的阻抗值，以基本上消除基片處理過程中等離子體和面向等離子體元件之間的電弧。
在另一實施例中，本發(fā)明涉及一種構(gòu)造用于處理基片以在其上形成電子元件的等離子體處理室的方法。該方法包括提供面向等離子體元件，其具有在基片處理過程中面向等離子體處理室內(nèi)的等離子體的面向等離子體表面。該方法還包括使面向等離子體元件與接地端子電絕緣。該方法又包括把面向等離子體元件耦合到一接地裝置，該接地裝置包括第一電阻電路，設(shè)置在面向等離子體元件和接地端子之間的第一電流通路內(nèi)。
在再一實施例中，本發(fā)明包括接地裝置，其用于基本上消除與等離子體處理室有關(guān)聯(lián)的面向等離子體元件與等離子體處理室內(nèi)的等離子體之間的電弧。在處理基片以在其上形成電子元件的過程中存在等離子體。面向等離子體元件具有一個在處理過程中面向等離子體的面向等離子體表面。該面向等離子體元件電絕緣于接地端子。當(dāng)接地裝置連接到面向等離子體元件和接地端子時，該接地裝置包括電阻電路，其設(shè)置在面向等離子體元件和接地端子之間的第一電流通路內(nèi)，其中選擇電阻電路的阻抗值，以基本上消除在基片處理過程中等離子體和面向等離子體元件之間的電弧。
在又一實施例中，本發(fā)明涉及一種構(gòu)造用于處理基片以在其上形成電子元件的等離子體處理室的方法。該方法包括在處理過程中使基片與接地端子電絕緣。該方法還包括在處理過程中把基片連接到一接地裝置。接地裝置包括第一電阻電路，設(shè)置于基片和接地端子之間的第一電流通路內(nèi)。
本發(fā)明的這些和其它特征將在下面對本發(fā)明的詳細描述中以及結(jié)合下面的圖形更為詳細地描述。


通過附圖中的例子對本發(fā)明進行說明，而不非對其進行限制，其中附圖中相似的參考數(shù)字指的是相似的元件，其中圖1舉例說明現(xiàn)有技術(shù)中感應(yīng)耦合等離子體處理室以便于討論。
圖2是在觀察到電弧的典型蝕刻過程中等離子體的光輻射圖。
圖3示出被電弧毀壞的金剛砂面向等離子體元件的內(nèi)部表面的圖示。
圖4A和圖4B舉例說明電阻電路在消除電弧過程中的功能。
圖5示出，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，也抑制RF輻射的電弧消除(AE)裝置的電路圖。
圖6示出，根據(jù)本發(fā)明的一方面，感應(yīng)耦合等離子體處理的圓柱狀室壁的AE裝置。
圖7示出，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，壁接觸模塊的細節(jié)。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照如附圖中所舉例說明的多個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行詳細描述。在下面的描述中，為徹底地理解本發(fā)明，闡明了許多具體的細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，沒有一些或這些具體的細節(jié)的全部實施本發(fā)明。在其它實例中，為了不必要地使本發(fā)明難以理解，沒有對已知的過程步驟和/或結(jié)構(gòu)進行詳細說明。
本發(fā)明在一個實施例中涉及電弧消除(AE)裝置，用于消除等離子體處理室內(nèi)的等離子體與面向等離子體元件之間的電弧。雖然不希望受限于理論，認為是由于允許建立通過電介質(zhì)層(諸如在處理過程中沉積的聚合體層)的足夠的直流高電壓而發(fā)生電弧。這種理論被圖2中等離子體的被觀察到的光輻射的行為所部分支持。參照圖2，例如，在參考標(biāo)號204所標(biāo)注的期間，沒有電弧且光輻射穩(wěn)定。光輻射信號中的瞬間峰值202A和202B表示電弧，電弧在過程開始之后的一段時間發(fā)生。在圖2的蝕刻過程的開始，室壁的低阻抗性SiC(也就是，在該例子之后經(jīng)歷電弧的面向等離子體元件)為等離子體DC電壓提供一電流通路接地。因此在參考標(biāo)記204所標(biāo)記的時期的開始沒有電弧發(fā)生。
當(dāng)處理繼續(xù)進行時，聚合體沉積物在參考標(biāo)記204所標(biāo)記的時期過程中逐漸地增加。當(dāng)聚合體層沿側(cè)壁增加時，這一聚合體層逐漸地切斷通過低阻抗SiC材料到地的等離子體之間的傳導(dǎo)路徑。因此，沉積的聚合體層上的DC電壓差增加，當(dāng)沉積層隨時間增厚時DC電壓差增加。在某一點，穿過沉積的聚合體層上的DC電壓差變得高的足以在沉積的聚合體層上發(fā)生電弧。此時，電弧基本上穿過沉積的聚合體層且毀壞下面的SiC室壁內(nèi)表面。
發(fā)明人也認識到該理論也可能有助于解釋在使用陽極氧化鋁室的室中在某些RF電壓和功率在某些過程中有時發(fā)生電弧的原因。陽極氧化鋁的硬度較高且其比大塊的鋁材料的化學(xué)惰性更強。然而，雖然室壁的大塊鋁材料具有高度的傳導(dǎo)性，然而面向等離子體的陽極氧化鋁涂層更加絕緣。在某種意義上，陽極氧化鋁涂層實施與圖2的例子中的被沉積的聚合體層相同的功能，也就是絕緣的陽極氧化鋁涂層抑制從通過室壁的大塊鋁材料的等離子體到地的電流通路。這樣，在某些RF電壓和功率下，陽極氧化鋁涂層上的DC電壓差將導(dǎo)致電弧發(fā)生。
還認識到對于某些過程，改變某一過程窗口之外的處理參數(shù)諸如RF電壓和RF功率設(shè)置(對于上面的和/或下面的RF電源)是不實際的。也就是說，如果RF電壓和RF功率設(shè)置被保持在特定的窗口內(nèi)，某些蝕刻或沉積過程僅僅可以被成功地實施。這樣，改變可允許的窗口之外的RF電壓和RF功率設(shè)置以消除電弧可能在一些過程中不是一個選擇。這樣，所需要的是一種不同的提出電弧問題的方式。
而且，改變面向等離子體元件(諸如室壁)的組成僅以控制電弧也不總是有利的。這是因為許多次，對面向等離子體元件材料的選擇由除了材料的電性質(zhì)之外的因素所決定。例如，某一種材料根據(jù)成本因素和/或基于它的使用對等離子體處理室內(nèi)部造成很小的污染這一事實，和/或由于材料對過程化學(xué)有更好的抵制和/或由于材料有很好的機械性質(zhì)是非常理想的。如果能通過改變面向等離子體元件的電性質(zhì)而不需要使用不同的材料解決電弧問題，則有可能增加用于制造面向等離子體元件的材料的種類。這里所披露全部的用于制造面向等離子體元件的材料由于其在過去可能由于它們關(guān)于電弧的很差的電性質(zhì)已被拒絕。
返回電弧理論，然后認識到簡單地使面向等離子體元件接地，也就是使用一個導(dǎo)線直接把面向等離子體元件與地連接不將減小沉積的聚合體層和/或任何電介質(zhì)層和/或等離子體和面向等離子體元件之間的電介質(zhì)區(qū)域上的DC電壓差。那么所需要的是一項技術(shù)，這種技術(shù)人為地增加面向等離子體元件的DC電壓以致當(dāng)聚合體沉積發(fā)生時或如果過程在某些RF電壓和RF功率設(shè)置被執(zhí)行時，等離子體和面向等離子體元件之間的DC電壓差決不被允許達到發(fā)生電弧的閾值。
為了實現(xiàn)上述技術(shù)效果，使面向等離子體元件與接地端子電絕緣很重要。在現(xiàn)實世界的術(shù)語中，由于面向等離子體元件諸如室壁通常使用傳導(dǎo)金屬接合件(例如不銹鋼螺釘、螺栓、夾子等)連接到接地的等離子體處理工具的結(jié)構(gòu)，采用把這樣的面向等離子體元件固定到接地的等離子體處理工具的結(jié)構(gòu)的方法使得不存在直接到地的電短路是重要的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，有各種方法把部件機械地固定在一起而保持它們互相電絕緣。一個這樣的固定方法將結(jié)合圖7稍后討論。
一旦面向等離子體元件與地電絕緣，那么利用一適當(dāng)構(gòu)造的AE電路，人為地增加處理過程中接地電壓之上的面向等離子體元件的DC電壓。例如，一旦面向等離子體元件與地電絕緣，一適當(dāng)尺寸的電阻電路將完成所需要的消除電弧的任務(wù)。應(yīng)該仔細地選取電阻電路以提高面向等離子體元件的DC電壓到某一點，在該點，等離子體和面向等離子體元件之間在電介質(zhì)區(qū)域(諸如上述的沉積的聚合體層或陽極氧化鋁)的DC電壓差不足以造成電弧。
圖4A和圖4B舉例說明了電阻電路在消除電弧方面的功能。在圖4A的情況下，如果室壁400(表示該例子中的面向等離子體元件)直接連接到地，等離子體402和地之間的整個DC電壓差將被集中在電介質(zhì)區(qū)域404上。由圖4A中的VA表示的DC電壓差被認為將在某些條件(例如一旦沉積的聚合體層變得足夠厚或在某些RF電壓和RF功率下)下導(dǎo)致電弧。
在圖4B的情況下，室壁與地電絕緣，將一大小合適的電阻R1有意地插入面向等離子體元件和地之間的電流通路。由于電阻電路R1的存在，在這種情況下導(dǎo)致圖1中的DC電壓差VA分布在VR1和VB之間，其中VR1表示電阻R1上的DC壓降，VB表示等離子體和面向等離子體元件之間在電介質(zhì)區(qū)域404上的DC電壓差。通過為R1選擇一適當(dāng)?shù)淖杩怪?，以致在其它情況下導(dǎo)致電弧的條件下VR1足夠大，從而VB變得足夠小，可以避免電弧。
使面向等離子體元件與地電絕緣以及有意地把電阻電路引入面向等離子體元件和地之間的DC電流通路似乎基本上減小了形成電弧的可能性。然而，面向等離子體元件的電絕緣以及把電阻電路引入到DC電流通路可能在某些條件下造成其它問題。例如，已知由面向等離子體元件輸出的無線電頻率(RF)輻射的級別必須一直保持在一個可接受的級別。抑制RF能量是重要的，這是由于一高級別的RF輻射可能對其它電子設(shè)備造成過分干擾，并且可能通過調(diào)節(jié)來禁止。
如果面向等離子體元件直接連接到地，如圖4A中的情況，RF信號的低阻抗路徑已由接地導(dǎo)線提供，不需額外做任何事情。然而，由于需要有一相對高電阻電路將與地隔離的面向等離子體元件的電壓提高到更接近于等離子體電壓，如圖4B中的例子，如果要求抑制RF，必須提供另外一種低阻抗RF路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一用于為RF信號提供一低阻抗路徑接地以最小化某些頻率上的RF輻射的RF濾波器。在優(yōu)選實施例中，電容電路被用作RF濾波器。RF濾波器可以被設(shè)計為基本上類似于對DC信號開放的電路，這樣繼續(xù)允許面向等離子體元件的DC電壓，以避開接地電壓(通過電阻電路的使用)。對于RF信號，然而，RF濾波器可以被設(shè)計基本上類似于一閉合電路，從而，為RF信號提供一低阻抗路徑接地。
在一實施例中，RF濾波器由一適當(dāng)尺寸的電容器實現(xiàn)，用來為所關(guān)注的RF信號提供一獨立的低阻抗接地路徑。RF濾波器的RF阻攔特性可通過使用一額外的感應(yīng)器產(chǎn)生LC帶通濾波器來進行調(diào)諧。也可以采用利用有源元件和/或無源元件的其它RF濾波器設(shè)計。這種使用感應(yīng)器和沒有使用感應(yīng)器的RF濾波器是本領(lǐng)于技術(shù)人員所熟知的。
圖5示出，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，同樣抑制RF輻射的電弧消除(arc-elimination，AE)裝置的電路圖。AE裝置502包括與適當(dāng)尺寸的RF濾波器電路506并聯(lián)的適當(dāng)尺寸的電阻電路504。當(dāng)AE裝置502被置于面向等離子體元件508和接地端子510之間的電流通路時(面向等離子體元件508在其它情況下與接地端子510電絕緣)，電弧和RF能量的輻射被基本消除。
假定電阻電路的值應(yīng)該盡可能的高以最大化那個電阻電路上的壓降(例如圖4B的VR1)，從而最小化等離子體和面向等離子體元件之間的DC電壓差(例如圖4B的VB)。如所提到的，正是等離子體和面向等離子體元件之間的DC電壓差主要導(dǎo)致電弧現(xiàn)象。然而，應(yīng)該提到過高的R1值將導(dǎo)致VR1過高，這意味著面向等離子體元件的DC電壓將在處理過程中甚至在之后是高的。室內(nèi)的給定元件上的非常高的DC電壓表示潛在的電死危險。而且，在RF濾波器電路上也看到高的DC電壓，該RF濾波器電路在其設(shè)計中可能利用了某種類型的電容電路。如果電容被充電到一高電壓且不放電，或被給予不足的時間放電，電死的可能性可能存在。因此，在處理過程中，選取R1的值，以使等離子體和面向等離子體元件之間的DC電壓差最小化，但不是減小到某一點，在該點，不必要的高電壓存在于面向等離子體元件上和/或RF濾波器的電容電路上，對人類操作者或工具環(huán)境中的其它設(shè)備造成危險。
以它最簡單的形式，電阻電路可能簡單地是一個適當(dāng)尺寸的電阻，也就是陶瓷電阻。應(yīng)該注意到電阻電路可能由除了簡單無源電阻之外的設(shè)備構(gòu)成。例如，可能提供一組電阻，可能提供切換機制或裝置，以便于在不同的電阻值之間進行切換以改變電壓差來改變一特定過程或特定過程的不同步驟的非電弧窗口。為了調(diào)諧阻抗值以考慮不同的室設(shè)計、用于面向等離子體元件的材料和/或不同的過程參數(shù)的目的，相反可以使用可變電阻。作為另一例子，有可能使用一晶體管實施可變電阻電路來增加所必要數(shù)量的面向等離子體元件的DC電壓(例如，通過改變影響源極和漏極之間的導(dǎo)電通道的晶體管的柵電壓)。事實上，任何提供必要的電阻值的電路設(shè)計也可以被使用。這些其它的電阻電路在該技術(shù)中是已知的，在這兒不將被討論。
同樣，以它最簡單的形式，RF濾波器可以簡單地是一個適當(dāng)尺寸的電容器。該電容器的值應(yīng)該足夠大以致面向等離子體元件上的RF電壓可以被保持的相當(dāng)?shù)?，?yōu)選地低于某一級別，在這一級別RF輻射將在處理工具環(huán)境下干擾其它設(shè)備。然而，對于任何室設(shè)計來說，電容值有一個上限，這是因為過大的電容器將吸收過高的RF電流，可能使電容器本身被毀壞。
應(yīng)該注意RF濾波器可能由除了簡單電容器之外的設(shè)備構(gòu)成。為了調(diào)諧RF濾波器，以考慮不同的室設(shè)計和/或用于面向等離子體元件的材料和/或有選擇地封閉或放過某些RF頻率的RF信號的目的，相反可以使用可調(diào)諧的RF濾波器電路。事實上，任何提供必要的RF濾波器特征的電路設(shè)計也可以被使用。這些其它的RF濾波器電路，無論它們使用無源元件和/或有源元件，在該技術(shù)中是已知的，在這里將不被討論。
低RF電阻電路和高DC電阻電路的空間分布對于某些面向等離子體元件也是重要的。如果面向等離子體元件相對小(例如氣體噴嘴、探測器等)，可以使用單個的兩端子AE裝置，它的一個端子連接到面向等離子體元件上一個位置以及另一個端子接地。對于較大的面向等離子體元件和/或?qū)τ诰哂懈鼮閺?fù)雜形狀的面向等離子體元件，可以提供多個RF濾波器消除面向等離子體元件上的RF“熱點”。多個RF濾波器也是有利的，因為它們允許必要的電容值在許多并聯(lián)的RF濾波器之間分割，所以減小了單個RF濾波器的電容值。多個并聯(lián)的RF濾波器也在處理大RF電流方面是更好的，從成本和可靠性方面考慮，是有利的。采用較低的電容值，在商業(yè)上可得到的電容器之間可以有更多的選擇以及/或多個電容器的總成本可能低于單個高性能電容器的成本。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，圖6示出感應(yīng)耦合等離子體處理室的圓柱狀室壁602的AE裝置600。在圖6的例子中，室壁602通過AE裝置600與接地端子電絕緣。AE裝置600包括多個圍繞室壁環(huán)境空間分布的壁接觸模塊604。每一壁接觸模塊604優(yōu)選由導(dǎo)電材料諸如鋁構(gòu)成，且用于使DC電壓和RF信號沿室壁602的垂直軸(z)分布電接觸表面。在下面圖7中更加詳細地討論示范性的單個壁接觸模塊604。
在一優(yōu)選實施例中，每個壁接觸模塊604都設(shè)置有一RF濾波器電路，該電路具有圖6的實施例中的電容器的形式。通過分布壁接觸模塊604，從而沿室壁602周圍分布RF濾波器電路，RF“熱點”被最小化。而且，沿室壁602周圍分布的多個電容器的使用允許使用具有更小電容值的電容，這減少了成本以及提高了前述的可靠性。在一典型實現(xiàn)中，提供了16個壁接觸模塊。然而，如果RF熱點不是一個問題以及更少的電容器可以可靠地保持面向等離子體元件的RF電壓低到某一點，在該點，RF輻射不再造成問題，可能僅僅需要幾個甚至一個RF濾波器電路。
每一壁接觸模塊604也可以設(shè)置有電阻電路，為DC信號提供一條單獨的路徑接地。電阻電路例如具有適當(dāng)尺寸的電阻的形式。然而，我們發(fā)現(xiàn)，對于低阻抗SiC室壁來說，不必圍繞室壁602周圍分布電阻以消除電弧。在一種情況下，設(shè)置有壁接觸模塊604E之一的單個適當(dāng)尺寸的電阻610是足夠的，其它的壁接觸模塊可以不要求使用電阻電路。
在一示范性實施方式中，16個壁接觸模塊上的16個電容器的每一個都具有一個390pF的電容值，總的電容值為6.24nF。然而，這適于具有低阻抗SiC室壁的感應(yīng)耦合等離子體蝕刻室，在處理過程中，上部電極運行在大約4MHz的頻率上，下部電極運行在大約13.56MHz的頻率上。對于這種情況，總電容值可以在0pF(也就是沒有電容器)和大約100nF之間，更優(yōu)選在大約10pF和大約30nF之間，最優(yōu)選在大約1nF和大約10nF之間。當(dāng)然，總電容值可能根據(jù)例如室設(shè)計、過程參數(shù)以及被保護的面向等離子體元件的尺寸而變化。例如，較小的面向等離子體元件可能需要比較大的面向等離子體元件所需要的電容器更小。如果沒有使用電容，期望例如通過在元件和/或輻射RF的室的周圍提供法拉第屏蔽可能實現(xiàn)另外一種方法來容納RF。
在示范性實施方式中的單個電阻具有大約500kΩ的值。然而，電阻值可以在大約1kΩ和大約100MΩ之間，優(yōu)選在大約10kΩ和大約10MΩ之間，更優(yōu)選大約100kΩ和大約1MΩ之間。當(dāng)然電阻值可能根據(jù)例如室設(shè)計、過程參數(shù)以及被保護的面向等離子體元件的其它電特征等而變化。
圖7示出，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，壁接觸模塊702的細部。在壁接觸模塊702的情況下，電阻電路(以適當(dāng)尺寸的電阻的形式)和RF濾波器電路(以適當(dāng)尺寸的電容器的形式)都存在。如之前所提到的，然而，倘若至少一個壁接觸模塊設(shè)置有電阻電路，每一個壁接觸模塊都使用電阻電路是不必要的。
在圖7中，示出遠離室壁外部的壁接觸模塊的側(cè)面。壁接觸模塊702包括由鋁或另一適當(dāng)導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)電基板704。導(dǎo)電基板704的長度可以被調(diào)整以提供沿避免RF熱點所必須的室壁的高度的長度的電接觸。壁接觸模塊702的面向壁的側(cè)面可能被設(shè)置有RF襯墊以進一步改善基板704和室壁之間的RF接觸。
例如由塑料或另一適當(dāng)非導(dǎo)電材料制成的非導(dǎo)電部分706被提供，且使用螺釘708A和708B連接到基板704。外部底座710A和710B然后連接到非導(dǎo)電部分706。外部底座710A和710B提供機械裝配點以保護室700，通過固定到那兒的壁接觸模塊702，到處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。因為處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常接地，這些外部底座僅連接到壁接觸模塊的非導(dǎo)電部分意味著壁接觸模塊以及室壁與地電絕緣而被安全地裝配到處理工具的結(jié)構(gòu)中。
具有PCB板形式的AE裝置720裝配在基板704上。AE裝置720包括與電容器724并聯(lián)的電阻722。RC對的一端經(jīng)由導(dǎo)體726電連接到基板702。RC對的另一端經(jīng)由所示的導(dǎo)線728電連接到地。
雖然圖7示出把AE裝置應(yīng)用到室壁以消除電弧，應(yīng)該提到這兒披露的根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)可以應(yīng)用到任何其它的面向等離子體元件來消除電弧。這些面向等離子體元件的例子包括但不局限于聚焦環(huán)、熱邊緣環(huán)、壓力控制設(shè)備、室襯墊、探測器、氣體噴嘴。在一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)也可以應(yīng)用到基片以消除那里的電弧。在一典型情況下，可能有一適當(dāng)?shù)慕佑|裝置(例如裝載有彈簧的銷或多個銷)提供RF和DC電流通路給基片。
而且，此處所披露的根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)不僅僅局限于感應(yīng)耦合等離子體處理室?？梢酝ㄟ^使用根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)處理任何經(jīng)歷電弧的等離子體處理室元件，而不考慮等離子體的產(chǎn)生和/或保持的方式。例如，本文所披露的根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)可以被使用以減小到電容蝕刻機的頂部電極的電弧。而且，本文所披露的等離子體消除技術(shù)可以被用于以任何RF頻率運行的等離子體處理系統(tǒng)。
甚至對于某一過程窗口內(nèi)沒有經(jīng)歷電弧的過程來說，根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)的實現(xiàn)加寬了那個過程窗口，允許過程工程師使用更高的RF功率和/或RF電壓，這可以產(chǎn)生更好的過程結(jié)果而這些更高的RF功率和/或RF電壓范圍在過去由于電弧問題可能被避免。
此外，本文所披露的根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)可以應(yīng)用于任何面向等離子體元件，而不考慮其構(gòu)成?？梢园迅鶕?jù)發(fā)明的AE裝置應(yīng)用于在其它情況下與地電絕緣且更改它的電性質(zhì)直到敏感性是電弧的面向等離子體元件。這樣，可以根據(jù)諸如化學(xué)惰性、容易制造、高純度、低成本、理想的機械特征、可用性以及不考慮材料對電弧的敏感性這樣的其它方面的優(yōu)良的屬性而選擇面向等離子體元件的材料。
因此，可想到，根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)可以應(yīng)用于由諸如金剛砂(SiC)、硅(Si)、鋁、不銹鋼(也就是鐵和鉻以及可選的鎳的合金、鉬、鎢、銅、硅和/或其它)和/或其它金屬和它們的合金、碳化硼(B4C)、石墨(C)、yittrum氧化物以及其它基于yittria的材料構(gòu)成的面向等離子體元件。此外，根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)可以應(yīng)用于多孔的、固體的、合成的(也就是多層相同材料或不同材料)或這些材料的純粹形式而不管這些材料是如何沉積、產(chǎn)生或制造(諸如化學(xué)蒸汽沉積、等離子體增強的化學(xué)汽相沉積、飛濺、熔結(jié)、等離子體噴濺、受壓、機器制造的和/或澆鑄)。例如，根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)也應(yīng)用于由多個層制成的材料(例如具有氧化鋁層的鋁)。因此，現(xiàn)在可以選取一種材料，理由是它的理想的化學(xué)性質(zhì)、機械性質(zhì)和/或其它諸如低成本、可用性、易于制造和制作以及不考慮那種材料在處理過程中對電弧的敏感性等因素。如果在處理過程中剛好存在電弧的問題，那么根據(jù)本發(fā)明的電弧消除技術(shù)可以被使用來消除這種電弧。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理基片以在其上形成電子元件的等離子體處理室，包括面向等離子體元件，具有面向等離子體表面，在處理所述基片期間面向所述等離子體處理室內(nèi)的等離子體，所述面向等離子體元件與接地端子電絕緣；以及接地裝置，連接至所述面向等離子體元件，所述接地裝置包括第一電阻電路，設(shè)置在所述面向等離子體元件和所述接地端子之間的第一電流通路中，所述接地裝置還包括RF濾波器裝置，設(shè)置在所述面向等離子體元件和所述接地端子之間的至少一個其它電流通路中，其中，選擇所述第一電阻電路的電阻值，以基本上消除在處理所述基片期間所述等離子體和所述面向等離子體元件之間的電弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中所述面向等離子體元件由含有金屬的材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體處理室，其中所述金屬是鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中所述面向等離子體元件由包含金剛砂(SiC)的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體處理室，其中所述等離子體處理室是感應(yīng)耦合等離子體處理室。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體處理室，其中所述面向等離子體元件是圍繞所述等離子體的至少一部分設(shè)置的大致為圓柱狀的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中所述面向等離子體元件是圍繞所述等離子體的至少一部分設(shè)置的大致為圓柱狀的結(jié)構(gòu)，其中所述RF濾波器裝置包括多個電容器，所述多個電容器設(shè)置在所述面向等離子體元件和所述接地端子之間的多個電流通路中，所述多個電流通路與所述第一電流通路并聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體處理室，其中所述多個電容器被設(shè)置為使得其相對于所述面向等離子體元件的至少一個表面改進所述面向等離子體元件的電容接地分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中所述面向等離子體元件是室壁、等離子體屏蔽物、聚焦環(huán)、熱邊緣環(huán)、氣體噴嘴、和室襯墊之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中所述等離子體處理室是電容耦合等離子體處理室，且所述面向等離子體元件是頂部電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中所述接地裝置包括多個電阻電路，具有不同阻值；以及一個切換裝置，用于選擇所述多個電阻電路之一作為所述第一電阻電路使用。
12.一種接地裝置，用于基本上消除與等離子體處理室相關(guān)的面向等離子體元件和等離子體處理室內(nèi)的等離子體之間的電弧，所述等離子體存在于處理基片以在其上形成的電子元件的過程中，所述面向等離子體元件具有在所述處理過程中面向所述等離子體的面向等離子體表面，所述面向等離子體元件與接地端子電絕緣，所述接地裝置包含電阻電路，當(dāng)所述接地裝置連接到所述面向等離子體元件和所述接地端子時，所述電阻電路被設(shè)置在所述面向等離子體元件和所述接地端子之間的第一電流通路內(nèi)，其中，選擇所述電阻電路的電阻值，以基本消除在處理所述基片期間所述等離子體和所述面向等離子體元件之間的電弧。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接地裝置，進一步包含RF濾波器裝置，當(dāng)所述接地裝置連接到所述面向等離子體元件和所述接地端子時，所述RF濾波器裝置被設(shè)置在所述面向等離子體元件和所述接地端子之間的至少一個其它電流通路內(nèi)，其中，選擇所述接地裝置的電容值，以減小由所述面向等離子體元件造成的RF輻射。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接地裝置，其中所述等離子體處理室是感應(yīng)耦合等離子體處理室。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接地裝置，其中所述電阻電路的電阻值在約1KΩ和約100MΩ之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的接地裝置，其中所述RF濾波器的電容值在約1pF和約100nF之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接地裝置，其中所述電阻電路的電阻值在約100KΩ和約1MΩ之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的接地裝置，其中所述RF濾波器的電容值在約1nF和約10nF之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接地裝置，其中所述接地裝置適于通過使用螺釘和螺栓之一連接到所述面向等離子體元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接地裝置，其中所述面向等離子體元件是室壁、等離子體屏蔽物、聚焦環(huán)、熱邊緣環(huán)、氣體噴嘴和室襯墊之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接地裝置，其中所述等離子體處理室是電容耦合等離子體處理室，且所述面向等離子體元件是頂部電極。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于處理基片以在其上形成電子元件的等離子體處理室。該等離子體處理室包括具有在基片處理過程中面向等離子體處理室內(nèi)的等離子體的面向等離子體的表面的面向等離子體元件。該面向等離子體元件與接地端子電絕緣。該等離子體處理室還包括連接到面向等離子體元件的接地裝置，該接地裝置包括設(shè)置在面向等離子體元件和接地端子之間的第一電流通路內(nèi)的第一電阻電路。該接地裝置還包括設(shè)置在面向等離子體元件和接地端子之間的至少其它一個電流通路內(nèi)的RF濾波器裝置，其中，選擇第一電阻電路的阻抗值，以基本上消除在基片處理過程中等離子體和面向等離子體元件之間的電弧。
文檔編號H01J37/32GK1653580SQ03810377
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者阿瑟·M·霍瓦爾德, 安德拉斯·庫蒂, 安德魯三世·D·貝利, 布徹·伯尼 申請人:朗姆研究公司