專利名稱：高產(chǎn)量等離子體處理室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及處理室，更具體地說涉及一種半導(dǎo)體器件或平板顯示器的處理室。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體和平板器件制造行業(yè)中，由于減少器件成本的競爭壓力，提高器件的成品率并減少處理室停機(jī)時(shí)間——即不能利用處理室進(jìn)行處理的時(shí)間——的需求，變得更加重要。但是，改善半導(dǎo)體器件成品率的日益嚴(yán)格的襯底工藝要求往往導(dǎo)致更多的停機(jī)時(shí)間。這部分要?dú)w因于處理室在操作時(shí)的工藝參量的可接受范圍狹窄。為了監(jiān)控處理室的不同方面的性能，要由給定的處理室周期性地處理多個(gè)不同的測試襯底或“處理監(jiān)控指標(biāo)(process monitor)”，以確定處理室是按規(guī)定操作的，即處理是“在控制之下的”。襯底處理室的典型的工藝監(jiān)控指標(biāo)包括淀積膜的厚度的均勻性、淀積膜的邊緣排除、檢測到的大于指定尺寸的缺陷數(shù)等。如果處理監(jiān)控指標(biāo)顯示處理室有問題，例如，每個(gè)襯底的顆粒計(jì)數(shù)增加超過了最大容許水平，則認(rèn)為襯底處理室“失控”。只要任何處理室的處理監(jiān)控指標(biāo)被確定為失控，則該處理室必須脫離流水線并解決問題，一給定處理監(jiān)控指標(biāo)的容許范圍越小，則越經(jīng)常出現(xiàn)這一情況。同樣對處理室停機(jī)時(shí)間產(chǎn)生影響的是關(guān)鍵處理室元件的壽命縮短。這是由于在處理室的苛刻環(huán)境中延長使用之后，元件完全失效或簡單地不能起到其所應(yīng)起的作用。反復(fù)暴露在高溫和反應(yīng)性強(qiáng)的處理用化學(xué)制劑的作用下，便可能由于變形或腐蝕而改變元件的臨界尺寸，或引發(fā)其災(zāi)難性的損壞。即使某些處理室元件在形狀上微小的翹曲或其它變化也會(huì)對襯底上的淀積膜的均勻性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
在半導(dǎo)體處理室中，一個(gè)關(guān)鍵的處理監(jiān)控指標(biāo)是所處理的襯底上的允許缺陷——常常是顆粒——的數(shù)目。在襯底上檢測到的高顆粒計(jì)數(shù)導(dǎo)致額外的用于確定原因并加以校正的處理室停機(jī)時(shí)間。在半導(dǎo)體器件制造處理室中，一個(gè)常見的顆粒源是不需要的處理副產(chǎn)品的生長，這些不需要的處理副產(chǎn)品淀積在等離子體處理室元件上，或以化學(xué)方式損害(即腐蝕或侵蝕)等離子體處理室元件。淀積的副產(chǎn)品或者被腐蝕或有凹痕的處理室表面隨時(shí)間而傾向于釋放顆粒，導(dǎo)致在處理室中受到處理的襯底上的顆粒缺陷。若在半導(dǎo)體制造處理期間利用高壓等離子體處理或高等離子體功率，則情形尤其如此；處理氣體和/或所產(chǎn)生的等離子體更易于泄漏出處理室的處理區(qū)并形成沉淀。而且，這些淀積在其淀積表面經(jīng)歷大的溫度波動(dòng)時(shí)，非常可能剝落或產(chǎn)生顆粒。
為了防止由具有侵害性的處理用化學(xué)制劑，和/或在化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體汽相淀積(PVD)和等離子體蝕刻處理室中產(chǎn)生的等離子體對半導(dǎo)體處理室元件的損害，所有的暴露元件都是用不會(huì)在處理期間或者清潔步驟中受到損害或腐蝕的材料制成的，或者是用這種材料涂敷的。陶瓷材料如氧化鋁(非晶Al2O3)被用來防止化學(xué)制劑和等離子體環(huán)境所造成的損害。在用上述材料制造處理室的各個(gè)元件(如處理室壁、真空管等)是不切實(shí)際或不可能的情況下，常常將活動(dòng)的或可替換的護(hù)罩結(jié)合到襯底處理室的設(shè)計(jì)中，以便保護(hù)這些元件。但是在處理室內(nèi)部增加元件存在增加處理室成本和內(nèi)部表面積的缺點(diǎn)。在處理室中較大的表面積延長了在處理之前對處理室抽真空的時(shí)間，增加了處理室的停機(jī)時(shí)間。而且，盡管護(hù)罩確實(shí)保護(hù)了處理室的內(nèi)部構(gòu)件，使其不受反應(yīng)性處理氣體和淀積的影響，但護(hù)罩并不能防止處理產(chǎn)物累積到其自身上。因此，在處理室中，處理副產(chǎn)品的淀積仍然是一個(gè)顆粒污染源。
只要由于與處理副產(chǎn)品的損害或淀積相關(guān)的問題，對應(yīng)于顆粒計(jì)數(shù)的處理室的處理監(jiān)控指標(biāo)超過期望值，通常便進(jìn)行就地(in-situ)處理室清潔。就地清潔處理的持續(xù)時(shí)間直接與所要除去的淀積材料的厚度和表面積有關(guān)。但是，因?yàn)榫偷靥幚硎仪鍧嵎赖K了裝置進(jìn)行處理，并因此而被認(rèn)為增加了停機(jī)時(shí)間，所以盡可能少進(jìn)行就地處理室清潔。因此，常常使就地處理室清潔處理的頻率和持續(xù)時(shí)間最小化。
處理室停機(jī)時(shí)間的另一個(gè)來源是由于磨損或由于元件的意外損壞而引起的處理室元件的替換。易受故障困擾的元件是等離子體處理室的加熱組件以及這一組件的眾多構(gòu)成部件。加熱組件除了是一種較昂貴的元件之外，其替換也是費(fèi)時(shí)的，因此其可靠性方面的任何改善都將會(huì)對處理室的停機(jī)時(shí)間產(chǎn)生積極影響。這種組件一般由加熱器基座、發(fā)熱元件、基座溫度傳感器和RF偏置電源、及被固定到基座底部的支撐軸構(gòu)成，其中發(fā)熱元件布置在加熱器基座中的空腔內(nèi)，基座溫度傳感器和RF偏置電源同樣也布置在加熱器基座內(nèi)。在加熱組件的各元件中，易于在使用中發(fā)生故障或變形的元件是加熱器基座、在加熱器基座內(nèi)的加熱元件、穿入加熱器基座內(nèi)的電導(dǎo)孔(feed-through)以及在加熱器基座的表面上的襯底接收表面。
基座的主要用途是支撐襯底。加熱器被設(shè)置用來加熱基座，并由此而加熱襯底。為了得到高器件成品率，關(guān)鍵是要在處理室中進(jìn)行處理的時(shí)候均勻地加熱襯底。鋁制加熱器基座提供了高度的加熱均勻性和等離子體均勻性，以及較高的加熱元件可靠性，但是易于變形，而這最終使均勻性降低；在處理溫度下，鋁的強(qiáng)度不足以保持完好的剛性，并且隨著時(shí)間流逝，基座會(huì)下垂并且翹曲。而且，基座內(nèi)的加熱元件的不均勻布置產(chǎn)生較熱和較冷的區(qū)域，從而使基座翹曲。陶瓷加熱器基座在處理溫度下是剛性的，但是存在成本較高，并且與鋁制加熱器相比，所提供的加熱均勻性和等離子體均勻性較差的問題。如果受到不正確的約束，加熱組件中的某些元件的熱膨脹也可能促使基座翹曲。例如，當(dāng)處于處理溫度下的時(shí)候，固定到加熱器基座底部的長支撐軸可能對基座施加向上的力。而且，加熱器基座本身在處理襯底期間也將在徑向上膨脹和收縮。
加熱器基座內(nèi)部的加熱元件也可能隨著時(shí)間的流逝而損壞。圖5示意性地表示一個(gè)典型的加熱器基座201內(nèi)部的發(fā)熱元件202和203的典型排列的平面圖。發(fā)熱元件202在導(dǎo)孔202a處進(jìn)入基座201并在導(dǎo)孔202b處引出。發(fā)熱元件203在導(dǎo)孔203a處進(jìn)入基座201并在導(dǎo)孔203b處引出。發(fā)熱元件202和203是經(jīng)過設(shè)計(jì)的，為的是使基座201的加熱均勻性達(dá)到最佳。然而，因?yàn)榛菍?yīng)于每個(gè)晶片周期性地進(jìn)行加熱的，所以只要在處理室中進(jìn)行處理，就會(huì)導(dǎo)致元件202和203的顯著的熱膨脹和熱收縮。這種發(fā)熱元件在導(dǎo)孔處的機(jī)械疲勞是基座加熱器的一種常見的故障機(jī)理。另外，在圖5中還展示了導(dǎo)致加熱器基座翹曲的減少加熱的區(qū)域。區(qū)域206是一個(gè)“冷點(diǎn)”，并且圍繞導(dǎo)孔202a、202b、203a和203b的區(qū)域207是另一個(gè)“冷點(diǎn)”。區(qū)域207是“冷點(diǎn)”，其原因在于電加熱元件在其穿入加熱器基座的位置產(chǎn)生的熱量較少。對于機(jī)械強(qiáng)度，加熱元件的電線在上述位置的直徑大于內(nèi)部的發(fā)熱元件其余部分的直徑。電線較粗使得電阻減少，導(dǎo)致發(fā)熱元件的該部分所產(chǎn)生的熱量較少。
等離子體處理室的加熱器基座通常具有許多從下面進(jìn)入其內(nèi)部的電連接，包括發(fā)熱元件的電源以及溫度傳感器和RF偏置的布線。因?yàn)榛ǔＮ挥谔幚硎业膬?nèi)部，所以加熱器基座的整個(gè)底面一般為真空。這要求在所需要的電連接進(jìn)入基座的位置處是真空密封的。這種密封必須在高溫下穩(wěn)定、不導(dǎo)電、耐熱，并且適合真空。當(dāng)電連接的真空密封離加熱器非常近時(shí)，找到能可靠地滿足上述密封要求的材料是有問題的。
為了更好的加熱均勻性，襯底一般不直接放置在加熱器基座的表面上。因?yàn)闊o論襯底還是基座表面都不能制造成絕對的平，所以襯底將僅在幾個(gè)離散點(diǎn)接觸到基座的表面，因此而受到不均勻的加熱。故此改為在基座的表面上固定或機(jī)械加工出多個(gè)靜止點(diǎn)(rest points)或其它部件，導(dǎo)致在等離子體處理期間，襯底被從基座的表面上稍微升起。而當(dāng)在加熱器基座上處理了大量襯底之后，加熱器基座表面上的這些靜止點(diǎn)或部件便會(huì)磨損?？梢允褂每商鎿Q的——并且因此也是可拆卸的靜止點(diǎn)，但這對基座的設(shè)計(jì)來說明顯增加了復(fù)雜性。當(dāng)上述的靜止點(diǎn)或部件使用了螺紋緊固件時(shí)，便引入了在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生死體積(dead volumes)的可能性。如果靜止點(diǎn)的材料具有不同于基座本身材料的熱膨脹系數(shù)，則擰入基座表面的可拆卸的靜止點(diǎn)還可能在加熱器基座的表面引起熱應(yīng)力，產(chǎn)生額外的翹曲源。
因此，為了減少處理室的停機(jī)時(shí)間，并改善可靠性和降低處理室元件和消耗品的成本，需要改善的半導(dǎo)體加工處理室裝置，以及能夠減少或防止對處理元件的損害的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般的說包括用于等離子體處理室的裝置和方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，需要較少的維護(hù)和處理室停機(jī)時(shí)間，并且改善了處理的可靠性。
本發(fā)明包括通過減少在處理室的內(nèi)部表面上積聚的處理產(chǎn)物或損害的比率，使得在等離子體處理室的各次就地清潔之間的允許時(shí)間最大化。本發(fā)明的裝置包括在處理室與襯底支撐之間減小的縫隙，以最小化進(jìn)入處理室的下部并隨后沉淀在處理室表面上的處理產(chǎn)物。本發(fā)明的裝置還包括用于加熱和冷卻兩方面的噴頭的溫度控制系統(tǒng)，以使溫度波動(dòng)最小化，以及用于處理室主體的加熱裝置，以改善在下部處理室中的不希望有的處理產(chǎn)物的淀積。所述裝置還包括在處理室的蓋支座與絕緣體之間的襯墊，以便更好地使該絕緣體熱絕緣，并且減小絕緣體內(nèi)部的溫度梯度。本發(fā)明的方法包括將噴頭和處理室壁的溫度控制到穩(wěn)定的最佳溫度。本發(fā)明的方法還包括用吹掃氣體使下部的處理室增壓，從而防止處理產(chǎn)物進(jìn)入。
本發(fā)明還包括用于等離子體處理的改善的加熱組件。上述改善的加熱組件包括混合型鋁/陶瓷加熱器基座。上述加熱組件還包括雙壁支撐軸。上述加熱組件還包括用于基座內(nèi)部的發(fā)熱元件的單個(gè)穿入電導(dǎo)孔。發(fā)熱元件在加熱器內(nèi)部是按照阿基米德螺線來設(shè)置的。用彈簧張力對固定到加熱器基座的中心的內(nèi)支撐軸施加一個(gè)向下的力。這個(gè)力抵消了在基座的中心的向上的力，上述在基座的中心的向上的力是由基座的頂部上的真空與底部上的大氣壓所產(chǎn)生的。本發(fā)明的加熱組件還包括藍(lán)寶石球，這些藍(lán)寶石球被模壓(swaged)到加熱器基座的支持表面上作為靜止點(diǎn)。


以上以簡略方式概述的本發(fā)明的上述特征可以參考實(shí)施例來詳細(xì)地領(lǐng)會(huì)，其中一些特征在附圖中作了說明。然而應(yīng)當(dāng)注意，這些附圖僅示出了本發(fā)明的若干典型實(shí)施例，因此不認(rèn)為附圖限制了本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其它的等效實(shí)施例。
圖1示出了與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例結(jié)合的單晶片等離子體處理室的透視圖，為了清楚起見除去了上面的部件。
圖2示出了圖1所示的等離子體處理室的垂直剖視圖，此圖是沿圖1中的線2-2取得的。
圖3示出了圖1所示的等離子體處理室的局部放大剖視圖，此圖是沿圖1中的線2-2取得的。
圖4示出了圖1所示的等離子體處理室的示意剖視圖。
圖5示出了在加熱器基座內(nèi)部的發(fā)熱元件的一種現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。
圖6示出了用于圖1所示的等離子體處理室的一個(gè)加熱組件的示意性垂直剖視圖，此圖大體上是沿圖1中的線2-2取得的。
圖7示意性地示出了加熱器基座的一個(gè)實(shí)施例的放大剖視圖，其中在加熱器基座上放置有一襯底。
圖8示出了加熱器基座的一個(gè)實(shí)施例的放大剖面透視圖，其中詳細(xì)展示了提升桿(lift pin)通孔和加熱器基座的對準(zhǔn)部件。
圖9示出了加熱器基座的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖10示意性地示出了一個(gè)陶瓷支座與多個(gè)徑向定向?qū)?zhǔn)槽的其中一個(gè)對準(zhǔn)槽的實(shí)施例的透視圖。
圖11示意性地示出了提升指形部件的一個(gè)實(shí)施例的垂直透視圖。
圖12A示意性地示出了雙燈絲管狀加熱元件。
圖12B示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的單燈絲管狀加熱元件。
圖13示出了阿基米德螺線的一個(gè)例子。
圖14示意性地示出了用于圖1所示的等離子體處理室的一個(gè)加熱組件的局部垂直剖視圖，此圖大體上是沿圖1中的線2-2取得的。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及用于改善的半導(dǎo)體等離子體處理室的裝置和方法。
圖1示出了單襯底等離子體處理室5，該等離子體處理室結(jié)合了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。為清楚起見未顯示這種處理室的典型的頂部組件。頂部組件包括RF源、氣體分配裝置、氣體箱和遠(yuǎn)程等離子源。
等離子體處理室5的處理室主體30固定到一個(gè)底盤上(圖中未示)，該底盤包括晶片傳送系統(tǒng)(圖中未示)和系統(tǒng)支撐構(gòu)件(圖中未示)。底盤和系統(tǒng)支撐構(gòu)件被設(shè)計(jì)用于在真空下從襯底處理系統(tǒng)的一個(gè)區(qū)域傳送襯底，將襯底輸送到等離子體處理室5，并且當(dāng)在等離子體處理室5中的工序完成時(shí)，取出襯底。為在真空下將襯底從底盤傳送到等離子體處理室5，設(shè)置了狹縫閥開口31(參見圖2)。狹縫閥門(圖中未示)適于通過相對于密封表面32形成密封，使得等離子體處理室5與底盤密封隔離。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體處理室5被集成到適于進(jìn)行單襯底處理的襯底處理裝置中。在另一個(gè)實(shí)施例中，等離子體處理室5是一對處理室的其中之一，并且這對處理室被集成到適于同時(shí)進(jìn)行雙襯底處理的襯底處理裝置中。
等離子體處理室5可以被集成到ProducersReactor中，ProducersReactor可在市場上從美國加利福尼亞州的Santa Clara的應(yīng)用材料有限公司購到。在2000年7月5日提出，于2002年12月17日獲得授權(quán)，名稱為“Apparatus for Distributing Gases in a Chemical Vapor DepositionSystem”，轉(zhuǎn)讓給同一受讓人的美國專利第6,495,233號中詳細(xì)介紹了等離子體處理室5，在此將該專利引入作為參考。在2002年12月20日提出，名稱為“Blocker Plate Bypass Design to Improve Clean Rate at theEdge of the Chamber”，轉(zhuǎn)讓給同一受讓人的美國專利申請第10/327,209號(案卷號APPM 7816)中，更詳細(xì)地介紹了處理室5的頂部組件，包括氣體分配部件、氣體箱和遠(yuǎn)程等離子源，在此將該專利申請引入作為參考。雖然本發(fā)明的實(shí)施例是參考Producer Reactor來介紹的，但是也可以采用其它CVD反應(yīng)器或等離子體處理室，例如DXZ處理室來實(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施例，上述DXZ處理室也可在市場上美國加利福尼亞州的Santa Clara的應(yīng)用材料有限公司購到。在2002年4月2日獲得授權(quán)的受讓人相同的美國專利第6,364,954 B2號中公開了DXZ處理室，在此也將該專利引入作為參考。
圖2示出了本發(fā)明的等離子體處理室5的透視和局部剖視圖。等離子體處理室5包括頂部組件(圖中未示)、蓋組件6、蓋支座22(示于圖3中)和下部處理室組件8。頂部組件包括安裝在蓋組件6頂部上的一個(gè)氣體分配部件、一個(gè)或多個(gè)氣體箱和一個(gè)遠(yuǎn)程等離子源。如圖3所示，蓋組件6固定到蓋支座22上，蓋支座22則安裝在下部處理室組件8的頂部上。下部處理室組件8包括處理室主體30、處理室主體加熱器27、加熱組件13和提升組件40。如圖2所示，加熱組件13通過在處理室主體30的底板中的開口39穿入處理室主體30。開口39是用波紋管(為清楚起見未示出)與大氣壓密封隔離開的。該波紋管以真空密封的方式固定到處理室主體30的底部和外支撐軸15的表面321上(參見圖6)，允許加熱組件13相對于等離子體處理室5垂直運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，提升組件40包括一個(gè)提升環(huán)41和至少三個(gè)提升桿42，并且位于處理室主體30的內(nèi)部和加熱器基座12的下面。加熱組件13包括加熱器基座12、邊緣環(huán)16、陶瓷支座14、內(nèi)軸304(也稱為提升管)、內(nèi)部加熱元件(圖中未示)、熱電偶340(示于圖14中)和外支撐軸15。鋁制加熱器基座12和陶瓷支座14的使用綜合了標(biāo)準(zhǔn)的鋁制加熱器(低成本以及高度的溫度均勻性和等離子體均勻性)與陶瓷加熱器的高剛性的優(yōu)點(diǎn)。重新參考圖6，外支撐軸15通過開口39穿入處理室主體30。陶瓷支座14放置在外支撐軸15上，加熱器基座12放置在陶瓷支座14上，邊緣環(huán)16則放置在加熱器基座12上。熱電偶340(在圖14中示出)附著到加熱器基座12上，并且可以在襯底處理期間用來監(jiān)控加熱器基座12的溫度。重新參考圖6，提升管304固定到加熱器基座12的底部，并被置于外支撐軸15之內(nèi)。在圖6中還更祥細(xì)地示出了加熱組件13。外支撐軸15和提升管304形成加熱器基座12和陶瓷支座14的雙壁支撐軸，這種雙壁支撐軸允許在內(nèi)軸中有空氣的情況下，電導(dǎo)孔進(jìn)入加熱器基座中，同時(shí)保持支撐軸內(nèi)的其余空間處于真空下。這種電導(dǎo)孔與現(xiàn)有技術(shù)相比，較少出現(xiàn)故障。
在一個(gè)實(shí)施例中，提升桿42的底部被固定到提升環(huán)41上。在另一個(gè)實(shí)施例中，提升桿42沒有被固定到提升環(huán)41上，而代之以從加熱器基座12垂下。在這一實(shí)施例中，提升桿42也不固定到加熱器基座12上，而是放置在具有直徑319a(參見圖8)的提升桿通孔323(參見圖8和9)之內(nèi)。提升桿42被楔形的提升桿端部325(參見圖11)支撐在通孔323中。提升桿端部325的直徑大于通孔直徑319a，并且提升桿軸326(參見圖11)的直徑小于通孔直徑319a。當(dāng)加熱組件13被向下放以便傳送襯底到機(jī)械臂托板時(shí)，提升桿42的底端327垂到加熱器基座12和陶瓷支座14的下面并接觸到提升環(huán)41。在提升桿42接觸到提升環(huán)41之前，提升桿端部325不凸出到襯底接收表面12a的平面之上。本實(shí)施例使得在加熱器基座12中的提升桿通孔323的直徑能夠盡可能的小。由于在處理期間加熱器基座12的熱膨脹，如果提升桿42固定到提升環(huán)41上，則在通孔323與提升桿42之間可能發(fā)生大范圍的運(yùn)動(dòng)。這要求通孔323的直徑大得足以適應(yīng)提升桿42與其相應(yīng)的通孔323之間的相對運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，以配重部件328附著于每個(gè)提升桿42的底端，以便當(dāng)加熱器基座12移到下部處理室72中的一定位置且襯底被放置在提升桿42上時(shí)，將提升桿42的重心移動(dòng)到處于加熱器基座12下面的位置。
如圖3所示，蓋組件6包括噴頭10、發(fā)熱元件28、絕緣體1 8、滲漏環(huán)(leak-by ring)20、隔熱層24、蓋支座22和頂部組件(圖中未示)。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)熱元件28為電阻加熱元件，該元件安裝到噴頭10上，具有從大約100W到大約1000W的額定功率，優(yōu)選功率約為400W。蓋支座22以真空密封的方式安裝到處理室主體30的頂部，并支撐其余的蓋組件6的各元件。隔熱層24安裝在蓋支座22與絕緣體18之間，并在這兩個(gè)元件之間形成真空密封。當(dāng)在處理室5中激發(fā)等離子體時(shí)，絕緣體18使蓋組件6與頂部組件彼此電絕緣。絕緣體18是用諸如某種堅(jiān)固的適合真空的電絕緣材料制成的，例如像氧化鋁這樣的陶瓷。在一個(gè)實(shí)施例中，隔熱層24使得絕緣體18到蓋支座22的熱傳導(dǎo)減至最小，從而使絕緣體18內(nèi)部的熱梯度達(dá)到最小。在陶瓷材料部件中若存在高熱梯度便可能導(dǎo)致破裂，當(dāng)陶瓷部件承受負(fù)荷時(shí)尤其如此。通過隔熱層24所提供的額外熱絕緣，便使得絕緣體18內(nèi)部的熱梯度達(dá)到最小，減少了絕緣體18破裂的可能性。隔熱層24是由諸如某種適合真空的塑性材料(例如PTFE、聚四氟乙烯等)制成的。
如圖3所示，絕緣體18、蓋支座22、滲漏環(huán)20和處理室主體30構(gòu)成了真空室60，真空室60連接到處于等離子體處理室5外部的真空泵(未示出)。真空室60通過絕緣體18中的多個(gè)真空口19連接到真空區(qū)74(示于圖4中)。當(dāng)加熱組件13處在處理位置(如圖1、3和圖4所示)時(shí)，真空區(qū)74一般包括處理區(qū)70(在圖3和圖4中示出)和下部處理室72(在圖2和3中示出)。真空口19圍繞處理區(qū)70的周邊排列，以便從處理區(qū)70均勻地除去處理氣體。下部處理室72一般定義為當(dāng)加熱組件13向上處在處理位置(如圖2和3所示)并且位于處理室主體30之內(nèi)時(shí)，在加熱組件13下面的區(qū)域。
通過利用安裝在底盤中的機(jī)械臂(未示出)將襯底傳送進(jìn)等離子體處理室5中。將襯底傳送到等離子體處理室5中的過程一般需要以下步驟將加熱組件13移到狹縫閥31下面的下部處理室72底部的位置，機(jī)械臂通過狹縫閥31將放在機(jī)械臂托板(未示出)上的襯底傳送到處理室5中，使用提升組件40使襯底升起離開機(jī)械臂托板，機(jī)械臂再從等離子體處理室5縮回，加熱組件13將襯底升起離開提升桿42并移到靠近噴頭10的處理位置(位于處理區(qū)70中)，完成對襯底的處理室處理步驟，加熱組件13下降到底部位置(將襯底放置于提升桿42上)，機(jī)械臂伸入處理室5，提升組件40向下移動(dòng)而將襯底放在機(jī)械臂托板上，然后機(jī)械臂從等離子體處理室5縮回。在一個(gè)實(shí)施例中，在如上所述的襯底處理期間，提升桿42不是固定到提升環(huán)41上的，而是代之以放置在提升桿通孔323中。在這一實(shí)施例中，加熱組件13將襯底抬升離開提升桿42，并且當(dāng)其向上移動(dòng)到靠近噴頭10的處理位置的時(shí)候，還使提升桿42升起離開提升環(huán)41。當(dāng)完成對襯底的處理室處理步驟且加熱組件13下降到底部位置時(shí)，提升桿42接觸提升環(huán)41并停止與加熱器基座12一起向下移動(dòng)。因?yàn)榧訜崞骰?2繼續(xù)向下移動(dòng)到底部位置，所以襯底隨后即被放在提升桿42上，而提升桿42是放置在提升環(huán)41上的。
圖4示出了等離子體處理室5在襯底處理期間的示意剖視圖。當(dāng)在處理室5中處理襯底時(shí)，處理氣體流入處理區(qū)70，并且在襯底的表面上發(fā)生材料的淀積，直到形成所需要的膜為止。可選擇的是，可以通過在處理室內(nèi)形成處理氣體的等離子體和/或通過加熱襯底來強(qiáng)化淀積過程。襯底一般是由加熱器基座12加熱到所需處理溫度的。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器基座12工作于大約400℃到大約480℃處理溫度下。每個(gè)一段時(shí)間，便在處理室5上執(zhí)行就地清潔，以便從暴露在處理區(qū)70中的所有表面上，包括面板10、絕緣體18、加熱器基座12和邊緣環(huán)16以及在下部處理室72中的表面上，除去淀積的處理副產(chǎn)品材料。各次就地清潔之間的間隔時(shí)間長度是根據(jù)淀積材料的類型、淀積了多少材料以及襯底對顆粒污染的敏感度而確定的。在2002年12月20日提出，名稱為“Blocker Plate Bypass Design to Improve Clean Rate at theEdge ofthe Chamber”，轉(zhuǎn)讓給同一受讓人的美國專利申請第10/327,209號(案卷號APPM 7816)中，全面介紹了用于執(zhí)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PE-CVD)和用于執(zhí)行等離子體處理室的就地清潔的方法和裝置，在此將該專利申請引入作為參考。圖4示出了處理氣體或清掃氣體的流動(dòng)路徑“B”，這條路徑從外部氣體源(未示出)到被頂部組件(未示出)和噴頭10所包圍的噴頭區(qū)域，穿過噴頭10進(jìn)入處理區(qū)70，再通過真空口19進(jìn)入真空室60，且隨后離開等離子體處理室而到達(dá)遠(yuǎn)程真空泵(未示出)。
在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器基座12包括熱量產(chǎn)生裝置或者可以加熱被放置在或安裝在襯底接收表面12a上的襯底的裝置(參見圖6)。加熱器基座12可以由諸如金屬或陶瓷材料這樣的材料制成，其內(nèi)部嵌入或包含上述熱量產(chǎn)生裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器基座12采用電阻式加熱元件(未示出)來加熱在處理室5中所處理的襯底。在這一實(shí)施例中，只在加熱器基座12中布置了單個(gè)電加熱元件。該電加熱元件為一種雙燈絲管狀加熱器，即，發(fā)熱元件由封裝在單個(gè)外殼中、彼此電絕緣而在一端電連接、構(gòu)成單個(gè)的雙燈絲發(fā)熱元件的兩個(gè)平行燈絲組成。因此，管狀加熱器的電連接都處于發(fā)熱元件的一端。這示意性地展示于圖12A中。電加熱元件402的大直徑電線401穿過電導(dǎo)孔(未示出)進(jìn)入加熱器基座12。燈絲403和404都處于護(hù)套408a中，但彼此電絕緣。燈絲403在一端電連接到大直徑電線401，并在發(fā)熱元件402的末端405電連接到燈絲404。燈絲404連接到大直徑電線406，大直徑電線406則穿過電線401所使用的同一導(dǎo)孔而穿出加熱器基座12。發(fā)熱元件402布置在加熱器基座12中，用單個(gè)機(jī)械連接點(diǎn)即對應(yīng)于電線401和406的電導(dǎo)孔，連接到加熱器基座12。端部405在加熱器基座12中保持不受約束。因?yàn)榘l(fā)熱元件402只有一端受到機(jī)械約束，所以在發(fā)熱元件402的加熱和冷卻期間，與現(xiàn)有技術(shù)相比，發(fā)熱元件402在電線401和406處所受到的扭力大幅減小。端部405隨發(fā)熱元件402的膨脹和收縮自由地移動(dòng)。因此，與這種用途中的典型發(fā)熱元件如圖5所示的發(fā)熱元件202和203相比，發(fā)熱元件402的故障少得多。因?yàn)榘l(fā)熱元件202和203在每一端都是固定的，所以它們不能隨熱膨脹和收縮而自由地移動(dòng)，因此，它們每次周期性地通電和斷電時(shí)都受到顯著的扭轉(zhuǎn)。與發(fā)熱元件402相反，傳統(tǒng)的電加熱元件407(如圖12B所示)在護(hù)套411中僅包含單燈絲409，且因此而必須在發(fā)熱元件407的每端都有電連接。大直徑電線408穿過電導(dǎo)孔(未示出)進(jìn)入加熱器基座12。發(fā)熱元件407被布置在加熱器基座12中，其方式類似于典型的現(xiàn)有技術(shù)的加熱器基座201(參見圖5)中的發(fā)熱元件202和203。重新參考圖12B，發(fā)熱元件407中的燈絲409在發(fā)熱元件407的一端電連接到大直徑電線408，并在發(fā)熱元件407相對一端電連接到大直徑電線410。電線410穿過第二電導(dǎo)孔而引出到加熱器基座12之外。發(fā)熱元件407需要有兩個(gè)電導(dǎo)孔進(jìn)入加熱器基座12，一個(gè)導(dǎo)孔用于電線408，而另一個(gè)用于電線410。
在加熱器基座12的一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部加熱元件為一種雙燈絲元件(未示出)，并且以阿基米德螺線的形式布置在加熱器基座12中。阿基米德螺線的布置方案被用來保證在處理襯底時(shí)，熱量均勻分布在整個(gè)加熱器基座12上。阿基米德螺線是由方程r＝aθ來表示的，其中a為用來定義螺旋線的“緊密度”的常數(shù)。在圖13中示出了阿基米德螺線的一個(gè)例子。內(nèi)部加熱元件的所有電連接均通過位于加熱器基座12的中心的單一一個(gè)電導(dǎo)孔(未示出)進(jìn)入和引出加熱器基座12。在圖13中，阿基米德螺線501的中心對應(yīng)于圖12中的電線401和電線406，而且圖13中的螺旋線502的末端對應(yīng)于發(fā)熱元件402的端部405。對于加熱器基座12的內(nèi)部加熱元件來說，阿基米德螺線布置方案通過將電源的數(shù)量從兩個(gè)或四個(gè)減少到僅為一個(gè)，并通過為發(fā)熱元件提供一種更為均勻的排列方式，而消除了冷點(diǎn)。由于熱量更為均勻地分布于加熱器基座12中，便減小了加熱器基座12在處理期間翹曲的可能性，并且襯底的受熱更加均勻。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器基座12中的用于提升桿42的通孔不是落在同一個(gè)螺栓分布圓(bolt circle)上，也就是說，它們從加熱器基座12的中心點(diǎn)徑向位移不同的距離。在提升桿42a(參見圖2)是與狹縫閥開口31相對設(shè)置的多個(gè)提升桿42的其中之一的實(shí)施例中，提升桿42a及其對應(yīng)的通孔與其它提升桿42相比，位于離加熱器基座12的中心點(diǎn)更遠(yuǎn)的位置。提升桿通孔的這種不對稱的排列避免了與未經(jīng)修改的阿基米德螺線結(jié)構(gòu)的加熱器基座12的內(nèi)部加熱元件的排列的沖突，保證了襯底的均勻加熱。另外，提升桿42a被放置得離狹縫閥開口31更遠(yuǎn)，便使得機(jī)械臂托板能夠更大，從而可以改善傳送襯底進(jìn)出處理室5的可靠性。更大的機(jī)械臂托板?？梢赃m應(yīng)具有更大表面面積的光學(xué)傳感器，從而能夠更可靠地檢測是否在機(jī)械臂托板上存在襯底。
為了適應(yīng)當(dāng)操作時(shí)在高溫下發(fā)生的加熱器基座12明顯的熱膨脹，加熱器基座12既不固定到外支撐軸15上也不受外支撐軸15的約束，而是放置或者說“浮置”在外支撐軸15上。這樣就防止了當(dāng)加熱器基座12固定到外支撐軸15時(shí)，特別是當(dāng)外支撐軸15是由比加熱器基座12的熱膨脹系數(shù)更低的材料如氧化鋁制成的時(shí)候，將會(huì)發(fā)生的翹曲。在一個(gè)實(shí)施例中，布置在外支撐軸15的頂端的環(huán)形部件309與位于加熱器基座12的底部的基座對準(zhǔn)部件310配合，以便相對于外支撐軸15和處理室5準(zhǔn)確地確定加熱器基座12的中心(參見圖6和圖14)?；鶎?zhǔn)部件310以傾斜面或曲面310a來接觸外支撐軸15，從而能夠適應(yīng)加熱器基座12的熱膨脹(參見圖14)。因此，加熱器基座12能夠準(zhǔn)確地在處理室5中確定其中心，而無需被固定到在處理溫度下會(huì)導(dǎo)致翹曲的其它處理室元件上。在一個(gè)實(shí)施例中，外支撐軸15可以利用某種對準(zhǔn)部件如徑向凸出件，與加熱器基座12上的對應(yīng)的對準(zhǔn)部件如徑向槽相配合，以相對于處理室5限定加熱器基座12的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，外支撐軸15可改為利用某種對準(zhǔn)部件如徑向凸出件，與陶瓷支座14上的對應(yīng)的對準(zhǔn)部件如徑向槽相配合，以相對于處理室5來轉(zhuǎn)動(dòng)安裝陶瓷支座14。因此，加熱器基座12在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的對準(zhǔn)是相對于處理室5而被準(zhǔn)確地限定的，不會(huì)在處理溫度下使加熱器基座12翹曲。
在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器基座12不固定到陶瓷支座14上，而是由圖8所示的對準(zhǔn)部件319相對于陶瓷支座14旋轉(zhuǎn)定位，其中對準(zhǔn)部件319可以凸出到加熱器基座12的底面322的下方。對準(zhǔn)部件319與設(shè)置在陶瓷支座14中的對應(yīng)的對準(zhǔn)槽320相配合。對準(zhǔn)槽320適合相對于陶瓷支座14準(zhǔn)確地限定加熱器基座12的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，但允許對準(zhǔn)部件319在徑向上不受約束地移動(dòng)。因?yàn)榧訜崞骰?2的熱膨脹大于陶瓷支座14，所以在襯底處理期間，會(huì)發(fā)生對準(zhǔn)部件319相對于對準(zhǔn)槽320的徑向移動(dòng)。因?yàn)閷?zhǔn)槽320是具有長度320b的徑向取向的槽，其中長度320b顯著大于對準(zhǔn)部件319的外徑319b(參見圖8和圖10)，所以對準(zhǔn)部件319的這種徑向移動(dòng)不受對準(zhǔn)槽320的約束。但是槽的寬度320a是與對準(zhǔn)部件319的外徑319b緊密配合的尺寸。圖10示出了在陶瓷支座14中，槽的寬度320a和槽的長度320b以及槽320的徑向取向之間的關(guān)系。因此，加熱器基座12與陶瓷支座14的旋轉(zhuǎn)關(guān)系是受到準(zhǔn)確限定的，不會(huì)因熱膨脹和收縮而引起加熱器基座12翹曲。在一個(gè)實(shí)施例中，對準(zhǔn)部件319是嵌入或壓進(jìn)加熱器基座12中的陶瓷插腳，并且凸出到加熱器基座12的底面322之下，以便與陶瓷支座14中的對準(zhǔn)槽320配合(參見圖8)。在另一實(shí)施例中，對準(zhǔn)部件319起到供加熱器基座12和陶瓷支座旋轉(zhuǎn)定位、且供作每個(gè)提升桿42的通孔的雙重作用。在這個(gè)實(shí)施例中，對準(zhǔn)部件319還是空心圓筒，其中心孔具有必需的直徑319a以容納提升桿42，并且位于加熱器基座12中以根據(jù)需要容納每個(gè)提升桿42(參見圖8和圖9)。
參考圖7，襯底接收表面12a的尺寸相對于要在處理室5中受到處理的襯底的外尺寸更大，從而允許加熱器基座12的熱膨脹和收縮。在一個(gè)實(shí)施例中，通過將多個(gè)小藍(lán)寶石球318模壓到襯底接收表面12a的表面中，改變了襯底接收表面12a(參見圖7)。藍(lán)寶石球318是均勻分布在襯底接收表面12a上的，具有相等直徑，并供作接觸點(diǎn)使用，襯底316在處理期間便被放置于處理室5中的這些接觸點(diǎn)上。模壓進(jìn)表面12a中的藍(lán)寶石球318的數(shù)量最少為三個(gè)，但優(yōu)選是多至九個(gè)，參見圖9，該圖展示了一個(gè)在襯底接收表面12a上排列藍(lán)寶石球318的實(shí)施例。由藍(lán)寶石球318形成的接觸點(diǎn)防止襯底316直接接觸到襯底接收表面12a，從而可均勻加熱，并保持襯底317的頂面與加熱器基座12的周邊外表面311共線，以均勻地處理襯底(參見圖7)。用于這一用途的藍(lán)寶石球的直徑是由其被模壓進(jìn)入接收表面12a的深度、加熱基座12的接收表面12a與周邊外表面311這兩個(gè)平行表面之間的距離330、及襯底317的厚度確定的。為了防止產(chǎn)生“虛泄漏”——即在真空處理室中會(huì)大幅增加真空泵停機(jī)時(shí)間的截留體積(trappedvolumes)，藍(lán)寶石球318是以不使其后面出現(xiàn)死體積的方式被模壓進(jìn)襯底接收表面12a的。
陶瓷支座14由適合等離子體處理氣體、且在處理溫度下保持剛性的材料例如像氧化鋁這樣的陶瓷來制造。陶瓷支座14是一種環(huán)形結(jié)構(gòu)部件，用來支撐加熱器基座12，以防止當(dāng)加熱器基座12處于處理溫度下時(shí)因應(yīng)力松弛而導(dǎo)致下垂和/或翹曲。通過消除加熱器基座12的下垂，陶瓷支座14允許使用為加熱器基座12設(shè)計(jì)的全鋁基座，這種全鋁基座具有更高的溫度均勻性、更高的等離子體均勻性、更高的內(nèi)部電連接可靠性和比其它基座更低的成本。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)加熱器基座12工作時(shí)，與外支撐軸15配合并放在外支撐軸15上的陶瓷支座14的內(nèi)側(cè)徑向表面313(參見圖6)的結(jié)構(gòu)允許熱膨脹。例如，陶瓷支座14的內(nèi)側(cè)徑向表面313既不固定到外支撐軸15上也不受外支撐軸15的約束，而是放置或“浮置”在外支撐軸15上。另外，陶瓷支座14具有與對準(zhǔn)部件319對準(zhǔn)的徑向?qū)?zhǔn)槽320，這些徑向?qū)?zhǔn)槽以精確的方式使加熱器基座12和陶瓷支座14在旋轉(zhuǎn)方向上得到定位，并允許加熱器基座12相對于陶瓷支座14不受約束地?zé)崤蛎浐褪湛s(參見圖8)。
外支撐軸15是用于加熱器基座12和陶瓷支座14的支撐結(jié)構(gòu)。附著于外支撐軸15上的提升組件(未示出)用來升起和降下加熱組件13，使之到達(dá)處理位置(示于圖2、圖3和圖4中)和狹縫閥開口31下面的傳送位置(未示出)。用一段波紋管(未示出)在外支撐軸15的外側(cè)表面與處理室主體30之間形成密封。外支撐軸15是空心的，這個(gè)空心通到等離子體處理室5的內(nèi)部。在一個(gè)實(shí)施例中，用以制成外支撐軸15的材料使得從加熱器基座12到處理室主體30、或其它處理室部件的熱傳導(dǎo)最小化，上述材料例如是在處理室5的溫度下仍具有較高機(jī)械強(qiáng)度的陶瓷材料，如氧化鋁。將這樣的材料用于制造外支撐軸15，大大減小了由外支撐軸15的熱膨脹和收縮引起的應(yīng)力以及由這些應(yīng)力引起的加熱器基座12的相應(yīng)翹曲。提升管304布置在外支撐軸15的內(nèi)部并且平行于外支撐軸15。提升管304以真空密封的方式，例如銅焊或焊接，來固定到加熱器基座12的底部。在一個(gè)實(shí)施例中，提升管304固定到加熱器基座12的位置312處于對準(zhǔn)部件310內(nèi)部的加熱器基座12的中心，如圖6所示。介于加熱器基座15與提升管304之間的區(qū)域307通到等離子體處理室5的內(nèi)部，因此在處理室5工作的時(shí)候該區(qū)域?yàn)檎婵?。在提升?04內(nèi)部的區(qū)域308則總是通到大氣壓力，允許所有進(jìn)入加熱器基座12的底部的電導(dǎo)孔在大氣中形成連接。由于所有對加熱器基座12的電連接均在大氣中，故無需使用適合高溫和真空的密封。這樣就延長了加熱組件13的壽命，改善了加熱組件13及其內(nèi)部電連接的可靠性，并且簡化了加熱組件13和加熱器基座12的安裝和組裝。對加熱器基座12的電連接可包括電加熱元件的電源、熱電偶連接線和RF偏置導(dǎo)線。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器基座12、布置在加熱器基座12內(nèi)部的發(fā)熱元件(未示出)、附著于加熱器基座12上的熱電偶340(示于圖14)、布置在提升管304內(nèi)部的熱電偶套管341(示于圖14)、及提升管304是焊接在一起的，在安裝到處理室5中之前作為一個(gè)單獨(dú)的電組件。
在區(qū)域308中，加熱器基座12的底部暴露于大氣壓力下，因此當(dāng)處理室5處于真空狀態(tài)時(shí)，有一個(gè)向上的力作用在加熱器基座12的中心(參見圖6)。當(dāng)在處理溫度下操作時(shí)，這一向上的力可以使加熱器基座12翹曲。為了抵消這種向上的力，將一大小相等而方向向下的彈簧力施加到提升管304上。因此，當(dāng)加熱器基座12的一個(gè)區(qū)域處于處理溫度時(shí)，可以暴露于大氣壓力下而沒有翹曲的風(fēng)險(xiǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，是用傳統(tǒng)的彈簧來對提升管304施加向下的力的。而在另一實(shí)施例中，則是通過利用卡箍306，將處于壓縮狀態(tài)的真空波紋管305固定到提升管304上，從而產(chǎn)生作用于提升管304的向下的彈簧力。波紋管305(示于圖6)與附著到處理室主體30的底部和外支撐軸15的表面321(參見圖6)的波紋管(圖中未示)不同，后一種波紋管允許加熱組件13相對于等離子體處理室5垂直運(yùn)動(dòng)。而使真空波紋管305壓縮所需的力則向下推卡箍306，卡箍306又向下推提升管304。通過在裝配期間調(diào)整真空波紋管305的壓縮位移量，便可以增大或減小上述施加到提升管304上的向下的力。在一個(gè)實(shí)施例中，真空波紋管305是以真空密封的方式，例如借助于密封圈(未示出)和密封圈槽(未示出)，而附著到外支撐軸15上的，如圖6所示。在該實(shí)施例中，真空波紋管305還以類似的真空密封方式附著到卡箍306上。并且在這個(gè)實(shí)施例中，在卡箍306中引入真空密封材料(未示出)如適合真空的聚合物或塑料，并且密封真空區(qū)307，使之與大氣壓力隔開。因此，真空區(qū)307沿被真空波紋管305包圍的提升管304的外表面向下延伸，到達(dá)卡箍306的密封表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，在加熱器基座12上放置邊緣環(huán)16(參見圖2和圖3)，并用適合等離子體處理氣體且具有較小熱膨脹系數(shù)的材料例如像氧化鋁這樣的陶瓷材料制造邊緣環(huán)16。在邊緣環(huán)16與絕緣體1 8之間的縫隙“A”被有意設(shè)計(jì)得足夠的小，因此當(dāng)加熱組件12處于處理位置時(shí)(如圖2和圖3所示)，泄漏到下部處理室72內(nèi)的處理氣體和等離子體是最少的(參見圖4)。重要的是，因?yàn)檫吘壄h(huán)16的外徑限定了縫隙“A”的尺寸(參見圖4)，所以邊緣環(huán)16的材料產(chǎn)生最小的熱膨脹。
通過使用注入到下部處理室72的吹掃氣體，可以在下部處理室72與處理區(qū)70之間產(chǎn)生壓力差，由此進(jìn)一步防止了處理氣體泄漏到下部處理室中。邊緣環(huán)16與絕緣體18之間的縫隙“A”在大約0.010與大約0.060英寸之間，優(yōu)選在大約0.020與大約0.040英寸之間。吹掃氣體可以從下部處理室中的吹掃通道，如上通道36和下通道34注入。在一個(gè)實(shí)施例中，吹掃氣體為惰性氣體，如氦氣或氬氣。在另一實(shí)施例中，在襯底處理期間，吹掃氣體的流量足以保持下部處理室72的壓力，使之處在高于處理區(qū)70中壓力值的壓力下。通過防止等離子體和處理氣體泄漏到下部處理室72中，需要用來防止下部處理室組件受到損害的護(hù)罩的數(shù)量將大為減少，因此就減少了當(dāng)?shù)入x子體處理室5中處理過許多襯底之后的消耗成本和就地清潔時(shí)間。在等離子體處理室5的真空區(qū)74中護(hù)罩較少還使得處理室的抽真空時(shí)間減少。通過防止等離子體和處理氣體泄漏到下部處理室72中，可使系統(tǒng)部件如狹縫閥(未示出)的損害最小化，由此減少系統(tǒng)的維護(hù)停機(jī)時(shí)間。通過利用縫隙“A”和吹掃氣體，僅需要較少的處理氣體來進(jìn)行所需要的處理，因?yàn)樘幚韰^(qū)漏泄出來的處理氣體的數(shù)量減少了，所以減少了昂貴的并且往往是危險(xiǎn)的化學(xué)藥品的消耗。在一個(gè)實(shí)施例中，用線條“C”來示意性地顯示出吹掃氣體的流動(dòng)路徑從下部處理室72穿過縫隙“A”，再穿過真空口19進(jìn)入真空室，然后向外進(jìn)入真空泵。在另一個(gè)實(shí)施例中，吹掃氣體的流動(dòng)路徑“D”可以從上通道36穿過真空口19進(jìn)入真空室，然后向外進(jìn)入真空泵。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用來加熱噴頭10和絕緣體18的發(fā)熱元件28可以被用來減少處理室5中顆粒的產(chǎn)生。當(dāng)不在處理室5中處理襯底時(shí)，通過發(fā)熱元件28的工作可以防止噴頭10和絕緣體18冷卻。噴頭10和絕緣體18的冷卻屬于這樣一種類型的溫度波動(dòng)在處理室5中促使淀積的處理副產(chǎn)品剝落，從而對正在接受處理的襯底造成顆粒污染。當(dāng)在處理室5中沒有襯底接受處理的時(shí)候，若使這些部件保持在相對較高的溫度下——最好大約為200℃，則噴頭10和絕緣體18的溫度波動(dòng)最小。這是因?yàn)樵谝r底處理期間，使用較高等離子體功率進(jìn)行的處理易于將噴頭10和絕緣體18加熱到至少200℃。使用發(fā)熱元件28將這些元件保持在高于200℃的溫度是可能的，但是密封圈在溫度高于204℃時(shí)發(fā)生老化。發(fā)熱元件228需要用來使噴頭10和絕緣體18達(dá)到200℃的功率是根據(jù)特定應(yīng)用而不同的，舉例來說，300mm硅烷氧化物處理便要求以500W功率操作發(fā)熱元件228。在一個(gè)實(shí)施例中，以溫度傳感器如熱電偶29附著于噴頭10上，以便控制加熱元件28。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)在處理室5中處理襯底、且等離子體的能量將噴頭10和絕緣體18加熱到超過200℃時(shí)，可以通過冷卻噴頭10和絕緣體18來減小這些部件的溫度變化。在一個(gè)實(shí)施例中，采用外部空氣冷卻，并且用附著于噴頭10上的溫度傳感器如熱電偶29來進(jìn)行控制。當(dāng)測得的噴頭10的溫度高于一給定值溫度，理論上大約200℃時(shí)，處理室5外部的風(fēng)扇便接通而直接冷卻蓋組件6的暴露表面上的空氣。在另一實(shí)施例中，則采用不同的冷卻方法例如水冷。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，處理室主體30的內(nèi)表面由安裝或嵌入到處理室主體30的各個(gè)壁中的一個(gè)或多個(gè)處理室主體加熱器27(參見圖1和2)保持在高溫下。在一個(gè)實(shí)施例中，處理室的各壁總是保持在等于或高于160℃的溫度下，而無論是否正在處理室5中處理襯底。這樣就顯著阻礙了由在下部處理室72的內(nèi)壁上淀積的處理副產(chǎn)品所產(chǎn)生的顆粒。
雖然上文致力于說明本發(fā)明的實(shí)施例，但是不脫離其基本范圍，尚可構(gòu)想出本發(fā)明其它的和進(jìn)一步的實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求書來確定的。
權(quán)利要求
1.一種具有頂部壁、底部壁和側(cè)壁的等離子體處理室，包括一處理區(qū)，其形成于所述頂部壁、所述側(cè)壁和一襯底支撐部件之間，該襯底支撐部件在所述底部壁上方而與之間隔開；至少一個(gè)真空口，其設(shè)置在一側(cè)壁中，并與所述處理區(qū)連通；一縫隙，其形成于所述襯底支撐部件與所述側(cè)壁之間；以及一吹掃氣體源，其被設(shè)置用于提供穿過所述縫隙而進(jìn)入所述處理區(qū)的吹掃氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中形成于所述襯底支撐部件與所述側(cè)壁之間的所述縫隙在0.010與0.060英寸之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中形成于所述襯底支撐與所述側(cè)壁之間的所述縫隙在0.020與0.040英寸之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一等離子體處理加熱組件，其中該加熱組件包括一支撐軸，一布置在該支撐軸上的陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)，以及一布置在該陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)上的鋁制加熱器基座。
5.一種具有頂部壁、底部壁和側(cè)壁的等離子體處理室，包括一處理區(qū)，其形成于所述底部壁、所述側(cè)壁和一襯底支撐部件之間，該襯底支撐部件在所述底部壁上方而與之間隔開；一等離子體處理加熱組件，其中該加熱組件包括一支撐軸、一布置在該支撐軸上的陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)、及一布置在該陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)上的鋁制加熱器基座。
6.一種等離子體處理室，包括一處理室主體，其包括處理室壁、處理室底板和蓋支座；一蓋組件，其位于所述蓋支座上；一處理區(qū)，其形成于所述蓋組件與一襯底支撐部件之間；一下部處理室區(qū)域，該下部處理室區(qū)域是在所述襯底支撐部件處于處理位置的情況下，由所述等離子體處理室的底板和處理室壁以及所述襯底支撐部件的底部形成的；一冷卻系統(tǒng)，其適于在所述處理室進(jìn)行等離子體處理時(shí)，防止所述蓋組件的溫度上升超過最佳給定值；一加熱裝置，其適于在所述等離子體處理室不進(jìn)行等離子體處理時(shí)，防止所述蓋組件的溫度降低到低于最佳給定值；一另外加熱系統(tǒng)，其適于加熱所述下部處理室區(qū)域的壁；以及一隔熱層，其布置在所述蓋組件與所述蓋支座之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述冷卻系統(tǒng)是基于風(fēng)扇的，并且所述風(fēng)扇是由布置在所述蓋組件上的熱電偶控制的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述加熱系統(tǒng)包括嵌入所述蓋組件的周邊的一個(gè)或多個(gè)電阻加熱器，并且所述加熱器是由布置在所述蓋組件上的熱電偶控制的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述另外加熱系統(tǒng)包括嵌入所述處理室的下部處理室區(qū)域的壁中的一個(gè)或多個(gè)電阻加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述隔熱層是由適合真空的聚合物材料制成的。
11.一種等離子體處理加熱組件，包括一支撐軸；一布置在所述支撐軸上的陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)；以及一布置在所述陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)上的鋁制加熱器基座。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述鋁制加熱器基座不是固定到所述陶瓷加熱器支撐結(jié)構(gòu)上的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述的支撐軸和加熱器基座具有互相配合的有槽部件，所述有槽部件適于相對于所述支撐軸而旋轉(zhuǎn)定位所述基座。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述支撐軸是陶瓷材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述陶瓷是氧化鋁。
16.一種等離子體處理加熱器基座，包括一鋁制基座，其適于包含電加熱元件；以及一電加熱元件，其布置在所述鋁制基座中，其中對所述加熱元件的電連接是穿過單個(gè)穿孔而進(jìn)入和引出所述基座的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述加熱元件在所述鋁制基座中是按照阿基米德螺線來排列的。
18.一種等離子體處理加熱組件，包括一鋁制基座，其適于包含電加熱元件，該基座形成等離子體處理區(qū)的一側(cè)；一電加熱元件，其位于所述基座中；一溫度傳感器，其位于所述基座中；一雙壁支撐軸，該軸的內(nèi)壁是以真空密封的方式固定到所述基座的側(cè)面的，不暴露于所述處理區(qū)；一空間，其介于所述軸的外壁和內(nèi)壁之間，該空間通到所述等離子體處理區(qū)；一另外空間，其布置在所述軸的內(nèi)壁中，該另外空間通大氣壓力；以及電導(dǎo)孔，其用于所述的加熱元件和溫度傳感器，所述導(dǎo)孔布置在所述基座的側(cè)面，不暴露于所述處理區(qū)，并且還布置在處于大氣壓力下的所述另外空間中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中對所述加熱元件的電連接是穿過單個(gè)穿孔而進(jìn)入和引出所述基座的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中所述加熱元件在所述鋁制基座中是按照阿基米德螺線來排列的。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，進(jìn)一步包括一彈簧張力裝置，其對所述雙壁支撐軸的內(nèi)壁施加一力，該力與所述鋁制基座的一側(cè)上的真空及另一側(cè)上的大氣壓力所產(chǎn)生的力大小相等而方向相反。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中所述彈簧張力裝置也是波紋管，該波紋管用于使所述支撐軸的外壁之內(nèi)的真空與大氣壓力隔離。
23.一種等離子體處理襯底支撐部件，包括一基座，其在等離子體處理期間支撐襯底；多個(gè)藍(lán)寶石球，其具有相等的直徑，且模壓進(jìn)所述基座的表面；而且在所述球與所述基座的表面之間沒有任何死體積。
24.根據(jù)前述任一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其中所述基座還包括多個(gè)藍(lán)寶石球，其具有相等的直徑，且模壓進(jìn)所述基座的表面；而且在所述球與所述基座的表面之間沒有任何死體積。
25.一種防止在等離子體處理室中的處理區(qū)內(nèi)的處理氣體流入該處理室的非處理區(qū)的方法，包括將吹掃氣體引入所述處理室的非處理區(qū)，而使得該吹掃氣體的流速足以令所述非處理區(qū)相對于所述處理區(qū)加壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述吹掃氣體是惰性氣體，如氬、氦或氮。
27.一種防止襯底支撐加熱元件的故障的方法，包括在襯底支撐部件中利用雙燈絲管狀加熱器；穿過單個(gè)孔將所述加熱元件的導(dǎo)體饋入所述襯底支撐部件；以及僅在所述加熱元件的一端約束該加熱元件。
28.一種保持襯底加熱均勻的方法，包括在襯底支撐中利用雙燈絲管狀加熱器；穿過位于所述襯底支撐部件的中心的單個(gè)孔，將所述加熱元件的導(dǎo)體饋入所述襯底支撐部件；以及按照阿基米德螺線的形式來排列所述襯底支撐中的加熱元件。
29.一種防止等離子體處理室中的表面產(chǎn)生顆粒的方法，包括當(dāng)測得的所述處理室的蓋組件的溫度超過大約200℃時(shí)，冷卻該蓋組件；當(dāng)測得的所述處理室的蓋組件的溫度低于大約195℃時(shí)，加熱該蓋組件；以及用隔熱層使得所述蓋組件的對外熱傳遞達(dá)到最小。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中冷卻所述蓋組件包括用風(fēng)扇來進(jìn)行風(fēng)冷，所述風(fēng)扇是由布置在所述蓋組件上的溫度傳感器控制的。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中加熱所述蓋組件包括用電加熱元件來加熱，所述電加熱元件嵌入在所述蓋組件中，并且是由布置在所述蓋組件上的溫度傳感器控制的。
32.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述加熱元件的功率在大約100W與大約1000W之間。
33.一種防止等離子體處理室的非處理區(qū)中的表面產(chǎn)生顆粒的方法，包括持續(xù)地保持所述處理室的所有壁處在大于大約160℃的溫度下。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于等離子體處理室的裝置和方法，其相對于現(xiàn)有技術(shù)需要較少的維護(hù)和停機(jī)時(shí)間且改善了可靠性。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括放在陶瓷軸上的襯底支撐，允許在大氣壓力下電連接到襯底支撐的內(nèi)軸，放在陶瓷支座結(jié)構(gòu)上而非固定到陶瓷支座結(jié)構(gòu)上的鋁制襯底支撐，模壓進(jìn)襯底支撐的藍(lán)寶石靜止點(diǎn)，以及在襯底支撐中以阿基米德螺線排列的加熱元件，可減少襯底支撐的翹曲并增加其壽命。所述方法包括減少從處理室表面產(chǎn)生的顆粒，從而增加在處理室的各次就地清潔之間的時(shí)間。借助處理室部件的溫度控制并利用吹掃氣體，減少了顆粒的產(chǎn)生。
文檔編號C23C16/00GK1737991SQ200510056530
公開日2006年2月22日 申請日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者M·D·塞爾維提, D·H·郭, B·H·金, T·諾瓦克, T·K·張, F·H·哈里茲, R·B·摩爾 申請人:應(yīng)用材料有限公司