專利名稱：感性耦合的等離子體處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及等離子體處理系統(tǒng)，更具體地說，涉及感性耦合等離子體處理系統(tǒng)，用于在沉積涂敷材料之前清潔基材表面。
背景技術：
等離子體廣泛用于材料處理，在處理步驟之前對基材表面進行處理，例如半導體片和平面顯示器。具體地說，等離子體用于去除基材表面的自然氧化層和其它污染物，為后續(xù)的在該表面上沉積薄膜涂敷材料如金屬鍍層做準備。如果不通過沉積前的清潔處理除去污染物，涂敷材料層與基層之間的接觸面的物理性能，例如電性能和機械性能，將會受到不利影響。
去除污染物的傳統(tǒng)方法是在沉積薄膜涂敷材料之前，在等離子體清洗步驟中將基材表面裸露在等離子中。等離子體清洗步驟的依據(jù)是，等離子能作為活性粒子源，而這些活性離子與污染物發(fā)生化學反應會生成揮發(fā)性或半揮發(fā)性產(chǎn)物。例如，使用含氫的等離子體能通過化學方法還原氧化物，生成揮發(fā)性蝕刻產(chǎn)物以清潔基材表面上的銅鍍層的氧化物。作為選擇，等離子體清洗步驟也可以根據(jù)源于離子轟擊的濺蝕來清潔基材表面的污染物。例如，通過使用等離子體中的高能離子轟擊基材表面能去除鋁鍍層上的氧化物，其中等離子體來自于生產(chǎn)的惰性氣體。其它等離子體清洗步驟結(jié)合了化工和物理機械，通過使用高能化學活性等離子體粒子轟擊基材表面，去除該表面上的污染物。優(yōu)選地是，用等離子體清洗去除表面的污染物不會導致?lián)p傷或者改變?nèi)魏伪砻嫔弦延斜∧さ奶匦浴?br> 設計用于等離子體清洗或等離子體蝕刻的傳統(tǒng)等離子體處理系統(tǒng)具有一真空室，該室有一個由電絕緣材料如石英制成的窗體和靠近該窗體的非真空室一側(cè)的天線。通過窗體的電絕緣材料能將天線的射頻(RF)能量耦合到等離子體。在某些傳統(tǒng)的等離子體處理系統(tǒng)中，電絕緣窗體是由電絕緣材料制成的鐘形罩，其焊接到金屬室的底部以限定一真空室。在其它一些傳統(tǒng)的等離子體處理系統(tǒng)中，電絕緣窗體是由電絕緣材料制成的圓柱結(jié)構或平面結(jié)構的壁件，并作為真空室的壁。
傳統(tǒng)的使用等離子體清潔基材表面的等離子體處理系統(tǒng)具有某些顯著的優(yōu)點。具體來說，由基材表面濺出的污染物趨向于從基材向真空室的內(nèi)表面直線運動。濺出的污染物會作為殘留物或集結(jié)物聚集在內(nèi)表面上，例如電絕緣窗體的真空側(cè)表面，濺出的污染物中可能帶有源于等離子體的化學活性粒子和來自于基材表面的揮發(fā)性或半揮發(fā)性粒子。在處理過程中產(chǎn)生的殘留物會剝落并破碎成小顆粒，而這些小顆粒作為顆粒物源對于制造半導體設備有害。具體地，殘留物對于電絕緣窗體的粘附力特別弱。一旦等離子體消失，顆粒物就會被靜電吸引到基材上。作為選擇，顆粒物中的小顆粒在懸浮于等離子體中時能夠長大；當?shù)入x子體消失后，它們在重力作用下會落到基材上。這些顆粒物會局部危害接下來將要沉積在基材表面上的涂敷材料的質(zhì)量，所以作為缺陷這會降低設備的屈服極限。
如果將要通過濺蝕進行清潔的基材的大部分面積被金屬覆蓋，則將會積聚在電絕緣窗體上的金屬會是特別嚴重的問題。具體地說，在濺蝕清潔被金屬覆蓋的表面時會生成相對大量的作為潛在顆粒物源的污染殘留物。而且，積聚在電絕緣窗體的真空側(cè)表面上的濺蝕金屬會影響等離子體處理系統(tǒng)的運行。如果殘留物是導體，則集結(jié)物中的電流會削弱RF能量從天線到等離子體的耦合效果。即使積聚的金屬具有高的阻抗而并不限制RF能量的耦合，電絕緣窗體上的金屬殘留物仍然會抑制等離子體的點火并降低射頻功率通過窗體的傳輸效率。
為了減少顆粒物的出現(xiàn)和保持RF能量的耦合效率，電絕緣窗體的真空側(cè)必須定期清洗，通過化學和/或研磨技術去除積聚的殘留物。但經(jīng)常清洗所累積下來的損傷會逐漸惡化窗體的電絕緣材料的機械性能。結(jié)果是降低了電絕緣窗體的使用壽命，增加了過早出現(xiàn)災難性失效的可能性。典型地是當電絕緣窗體的機械性能惡化以至于窗體不能安全承受作用在窗體非真空室一側(cè)的大氣壓力時，不再使用該電絕緣窗體。
電子溫度和等離子體均勻性是相互平衡的重要因素，當電子溫度不是過高時，在操作壓力下等離子體的分布相對均勻。不均勻的等離子體密度和過高的電子溫度會損害基材。等離子體密度分布的不對稱性會導致蝕刻或基材清潔不均勻。盡管電子溫度能通過提高真空室內(nèi)處理氣體的操作壓力而降低，但提高的操作壓力常常會降低等離子體密度分布的均勻性。
真空室系統(tǒng)的幾何特征是另一個決定等離子體密度和等離子體均勻性的重要因素。基本上，處理基材表面的均勻性與靠近基材的裸露表面的等離子體的均勻性有直接關系。此外，在傳統(tǒng)的使用化學方法進行處理的等離子體處理系統(tǒng)中，氣體流動的不均勻性會導致等離子體中的化學活性粒子在靠近基材中心處很少，而在靠近基材的周圍比較集中。這種不均勻性使得基材周圍的處理速率高于基材中心的處理速率，從而導致中心高于周圍的不均勻性。由等離子體的不均勻性和來自等離子體的化學活性粒子的濃度的不均勻性而導致的不對稱處理用于處理大直徑基材，例如300mm的硅片。
傳統(tǒng)的等離子體處理系統(tǒng)必須經(jīng)過優(yōu)化以容納大直徑晶片。例如，為了在基材附近提供均勻分布的等離子體，必須增加天線的覆蓋區(qū)和相連的電絕緣窗體的覆蓋區(qū)。在用于大直徑基材的等離子體處理系統(tǒng)中，為了在合理的電子溫度下能得到合適的均勻等離子體，會顯著增加電絕緣窗體的制造成本。
在用于大直徑基材的等離子體處理系統(tǒng)中，在優(yōu)化系統(tǒng)時，電絕緣窗體面臨一定的技術挑戰(zhàn)。如上所述，作用在電絕緣窗體的非真空側(cè)或外側(cè)的大氣壓力會很大。因此，電絕緣窗體必須具有一定的厚度，能承受由于真空室的內(nèi)外壓差所導致的作用力或載荷。例如，適于處理300mm晶片的厚度為35厘米(cm)的電絕緣窗體必須能承受由14.7鎊的標準大氣壓引起的作用在每平方英寸面積上的約2200鎊(lbs)的作用力。
陶瓷制電絕緣窗體通常易碎，承受作用載荷時容易失效。陶瓷制電絕緣窗體的厚度必須很大以承受大氣壓力。厚的電絕緣窗體會降低等離子體的耦合效率，這是由于RF能量穿過窗體時有損耗。因此，在具有傳統(tǒng)的平面電絕緣窗體的等離子體處理系統(tǒng)中，F(xiàn)R能量從天線到等離子體的轉(zhuǎn)移效率很低。為了補償?shù)托?，必須顯著提高RF能源的功率電平來增大流向天線的RF電流，以便向等離子體提供合適的RF功率。但增大天線中的RF電流會增加焦耳熱，如果散熱不充分，則對于等離子體處理系統(tǒng)的性能和運行將很不利。
傳統(tǒng)的等離子體處理系統(tǒng)需要均勻分布的處理氣體以便獲得均勻分布的等離子體。流向真空室的和真空室內(nèi)的處理氣體的不均勻分布會對等離子體的均勻分布產(chǎn)生不利影響。通常，處理氣體流向真空室和將處理氣體泵出真空室都會影響氣體分布。具體地說，等離子體的密度分布對于氣體流動的均勻性非常敏感。而且，各種等離子體粒子分布的均勻性也會受到處理氣體分布的影響。
出于上述和其它考慮和一些問題，需要的等離子體處理系統(tǒng)能有效地將射頻能量耦合到等離子體，能提供空間均布的等離子體，以便均勻蝕刻或清潔基材的裸露表面，尤其是大尺寸基材的裸露表面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，一種等離子體處理系統(tǒng)具有一真空室，其室壁包圍一真空處理空間。在室壁上設有進氣口，用于將處理氣體導入真空處理空間。在真空處理空間內(nèi)有一適于接收和支撐基材的基材支架。等離子體處理系統(tǒng)在室壁的一個開口內(nèi)設有支撐件。該支撐件有一設計成允許射頻(RF)能量進入真空處理空間的截頭圓錐體面板，其機械支撐著電絕緣窗體的截頭圓錐體部分?？拷娊^緣窗體的截頭圓錐體部分有一電連接到RF電源的天線。該天線能通過電絕緣窗體將RF能量輸送到真空處理空間，以便從其內(nèi)的處理氣體中生成等離子體。
本發(fā)明的一方面是，電絕緣窗體可以由電絕緣材料制成，例如氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、硼硅酸玻璃或石英。作為選擇，電絕緣材料也可以是聚合物，更具體地說，可以是聚四氟乙烯(PTFE)或者是填充PTFE。
本發(fā)明的另一方面是，沉積板的截頭圓錐體面板以大于或等于25°的夾角向上延伸。該夾角優(yōu)選是60°。
在本發(fā)明的某些實施方式中，等離子體處理系統(tǒng)進一步包括一位于基材支架之上的氣源，與支撐件一體形成且與進氣口相流通。該氣源從多個位置向真空處理空間供應處理氣體，其中處理氣體通過RF能量激勵以生成等離子體。氣源可以包括一設在沉積板內(nèi)的氣體內(nèi)通道，在該氣體內(nèi)通道內(nèi)設有多個氣孔，用于釋放在基材支架上處理氣體流。作為選擇，氣源可以包括一具有充氣間的配氣板，在該配氣板內(nèi)設有多個氣孔，用于釋放在基材支架上處理氣體流。還有一種選擇是，氣源包括一配氣環(huán)，在該配氣環(huán)內(nèi)設有多個氣孔，用于將處理氣體流排放進基材支架上方的真空處理空間。
根據(jù)本發(fā)明，電絕緣窗體的截頭圓錐體部分通過沉積板的截頭圓錐體面板機械支撐，從而在能承受作用在窗體上的大氣壓力的情況下能減小電絕緣材料的厚度。厚度減小使得RF能量從天線同過電絕緣窗體向等離子體的轉(zhuǎn)移更加有效。而且，通過減小電絕緣窗體的需要的厚度能顯著降低電絕緣窗體的制造成本。此外，由于濺蝕產(chǎn)品的集結(jié)物會剝落并破碎而產(chǎn)生顆粒物，或者降低RF能量的轉(zhuǎn)移效率，所以本發(fā)明的支撐件還包括有用于屏蔽電絕緣窗體的槽。在支撐件內(nèi)使用配氣板、配氣環(huán)或氣體通道中的一個或多個能顯著改善處理氣體流向真空室的空間分布，并因而提高等離子體的均勻性和對稱性。等離子體源的截頭圓錐體外形能顯著降低或消滅氣體循環(huán)區(qū)以減少顆粒物的產(chǎn)生。用PTFE或填充PTFE制造電絕緣窗體能顯著降低窗體的制造成本。而且，由于PTFE的脆性顯著低于陶瓷電絕緣材料的脆性，所以電絕緣窗體失效的可能性也顯著減小。


包含在本說明書中的附圖作為說明書的一部分，用于說明本發(fā)明的實施方式，并結(jié)合下面的詳細說明，用來解釋本發(fā)明。附圖中相同的標記數(shù)字表示相同部件圖1是本發(fā)明的等離子體處理系統(tǒng)的側(cè)剖視圖；圖1A是圖1中一部分的局部放大圖；圖1B是圖1A中沿1B-1B線的剖視圖；圖1C類似于圖1B，是根據(jù)本發(fā)明的原理而提供的一種可供選擇的實施方式中沉積板的剖視圖；圖1D類似于圖1B，是根據(jù)本發(fā)明的原理而提供的一種可供選擇的實施方式中沉積板的剖視圖；圖2類似于圖1，是本發(fā)明的一種可供選擇的實施方式的側(cè)剖視圖；圖2A是圖2中一部分的局部放大圖；圖3類似于圖1，是本發(fā)明的另一種可供選擇的實施方式的部分側(cè)剖視圖；圖4類似于圖1，是本發(fā)明的另一種可供選擇的實施方式的部分側(cè)剖視圖；圖4A是圖4中一部分的透視5類似于圖1，是本發(fā)明的另一種可供選擇的實施方式的部分側(cè)剖視圖；和圖6類似于圖1，是本發(fā)明的另一種可供選擇的實施方式的部分側(cè)剖視具體實施例方式本發(fā)明涉及將射頻(RF)能量感性耦合到真空室，啟動并維持用于處理基材的感性耦合等離子體，尤其用于清潔基材。本發(fā)明的等離子體處理系統(tǒng)對于清潔基材表面，尤其是清潔大尺寸的半導體基材表面很有效，例如300mm的半導體晶片。如這里所使用的，半導體基材包括任何含有半導體材料如半導體片和半導體材料層的結(jié)構，半導體材料和半導體材料層或者是單獨的或者是其上含有其它材料的結(jié)構?；氖侵溉魏沃谓Y(jié)構，包括但不限于半導體基材。
本發(fā)明提高了RF能量進入真空室與等離子體耦合的轉(zhuǎn)移效率，減少了顆粒的生成，并減少了去除電絕緣窗體上的集結(jié)物的維護頻率或清潔周期。因而，本發(fā)明提供統(tǒng)一連續(xù)地處理基材，同時使得在執(zhí)行維護和清潔工作而停工之間的連續(xù)處理周期非常長。
具體地說，本發(fā)明的等離子體處理系統(tǒng)為電絕緣窗體提供機械支撐，而以便窗體自身不必去承受由大氣壓作用在非真空側(cè)的作用力或載荷。由于該機械支撐，能顯著減小電絕緣窗體的厚度。因而，RF能量進入真空室所要通過的電絕緣材料的厚度減小，從而提高了從RF源到真空室內(nèi)等離子體的感性耦合效率。而且，本發(fā)明屏蔽了電絕緣窗體以便減少濺蝕產(chǎn)品的集結(jié)物，從而減少了需要清洗電絕緣窗體的次數(shù)。由于濺蝕產(chǎn)品更容易聚集在沉積板的金屬上而不是電絕緣窗體的電絕緣材料上，所以聚集的濺蝕產(chǎn)品的集結(jié)物不容易剝落和破碎，因而減少了等離子體處理系統(tǒng)中的顆粒物。此外，根據(jù)本發(fā)明的一些方面，改善了處理氣體流向真空室的空間分布，提高了等離子體密度的均勻性和對稱性。本發(fā)明還明顯降低或消滅了氣體循環(huán)區(qū)，已經(jīng)知道這些氣體循環(huán)區(qū)在利用化學方法進行等離子體清潔過程中會加劇顆粒物的生成。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，參照圖1、2，等離子體處理系統(tǒng)10包括一帶有室壁12的真空室11，一電絕緣窗體14，一位于室壁12頂部17的一個開口內(nèi)的沉積板16，位于電絕緣窗體14的非真空側(cè)的感應元件或天線18，和設在真空室11內(nèi)的基材支架20。真空系統(tǒng)22與設在室壁12內(nèi)的一真空口21相連，其包括合適的本領域公知的真空泵和隔離閥，用于抽真空由室壁12圍住的真空處理空間24。工藝氣源26通過一進氣口27向真空處理空間24選擇性地供應處理氣體。射頻(RF)能源28通過匹配網(wǎng)絡44電連接到天線18，用于選擇性地提供RF能量以在其中建立時變電流。由天線18輻射的磁場穿透電絕緣窗體14的厚度和設在沉積板16內(nèi)的基本平行的槽陣列30。RF能量的磁場電離真空處理空間24內(nèi)的處理氣體，以便基本上且優(yōu)選地通過感性耦合啟動并維持等離子體。RF能量的感性耦合生成高密度的低能等離子體，用于處理基材支架20上的基材32的裸露表面31。具體地說，可以使用等離子體去除基材32的裸露表面31上的污染物如氧化物，為后續(xù)的沉積薄膜涂敷材料作準備。在等離子體處理系統(tǒng)10中清潔過的基材32可以在受控大氣中從真空室11移到沉積室(未示出)。
繼續(xù)參照圖1、1A，室壁12將真空處理空間24與外界大氣隔離開，并隔離了其中的等離子體。室壁12是由非磁性導電材料制成，例如鋁合金，并且其厚度能適于抵抗作用在外面的大氣壓力?；闹Ъ?0有一基材支撐面34，其面向真空室11頂部17的開口，并且其優(yōu)選與電絕緣窗體14、沉積板16和天線18的軸向中心線同心?；闹Ъ?0有一波紋管35，其允許基材32垂直運動，以便調(diào)整基材與等離子體源之間的距離和將基材32送到和離開基材輸送系統(tǒng)(未示出)的葉片或刮刀?；?2位于基材支架20上并通過靜電吸盤、真空吸盤、機械夾具或類似機構加以固定。通過使用嵌入基材支架20內(nèi)的加熱裝置和/或通過在基材支撐面34內(nèi)設置諸如通道或洞穴，使熱氣流沿該通道或洞穴在基材32的背面之下流通而控制基材32的溫度。結(jié)合使用加熱裝置和熱氣流的流通能在很小的溫度范圍內(nèi)精確控制基材32的溫度。
一空的圓柱形護罩36從室壁12的下支撐面38垂直延伸，通常包圍著基材支架20且與其同心。該護罩36截取由基材32濺出的蝕刻產(chǎn)物，以限制在室壁12的內(nèi)表面上積聚集結(jié)物。因為護罩36容易拆卸和更換，所以不需要通過相對長時間的清潔將集結(jié)物從室壁12上除去而使真空室11的內(nèi)表面暴露在環(huán)境大氣中。
一RF基材偏置電源40電連接到基材支架20，可選擇性地施加偏壓電勢，使帶正電的等離子體元素向基材32加速。通過RF基材偏置電源40提供的偏壓電勢基本上決定了從等離子體吸引到基材32的陽離子的動能。典型地，RF基材偏置電源40的工作頻率是13.56MHz，功率約在100瓦特到1000瓦特之間。本領域的普通技術人員應該理解的是在等離子體處理系統(tǒng)10中可以忽略RF基材偏置電源40，基材支架20可以放在地上，也可以是電力懸浮。
真空系統(tǒng)22將真空處理空間24內(nèi)的氣體抽出而保持適于在真空處理空間24內(nèi)生成和維持等離子體的真空壓力，可以使用帶有高真空泵如渦輪高真空泵的的真空系統(tǒng)22。設置的隔離閥41能在需要時打開和關閉以調(diào)節(jié)抽氣速度。
在真空處理空間24被抽成基礎壓力之后，通過工藝氣源26供應處理氣體以建立約0.1mTorr到10mTorr之間范圍的操作壓力，但用于化學輔助等離子體清潔過程中預期的操作壓力約高達10mTorr到250mTorr。例如，在化學輔助等離子體清潔過程中使用H2作為處理氣體來清潔銅的典型的操作壓力是60mTorr。工藝氣源26包括流量控制器，用于在處理氣體通過進氣口27流向真空處理空間24時選擇性地提供合適的流速。應該理解的是進氣口27可以位于室壁12的不同位置，例如支撐面38的平面上。合適的處理氣體包括惰性氣體，例如Ar，或者是化學活性氣體，例如H2、Cl2、BCl3、CF4、CxHyFz(例如CHF3)、CClF3和SF6，或者是這些化學活性氣體中的一種與O2、N2、He或Ar的混合物。處理氣體的分壓優(yōu)選是組成整個操作壓力的最主要的部分。
為了建立操作壓力，真空處理空間24被抽成基礎壓力，處理氣體以合適的流速通過進氣口27供應，而同時，通過閘門閥41的節(jié)流作用，真空處理空間24通過真空系統(tǒng)22以固定抽氣速度連續(xù)抽氣。向真空室11提供的流速是計量的，例如通過流量控制器39計量，以提供典型氣流流速大約是5到250標準立方米每分鐘(sccm)。真空處理空間內(nèi)的壓力通過合適的真空壓力傳感器監(jiān)控，該傳感器由電纜連接到標準控制器加以控制。通過同時進行使用真空系統(tǒng)22對真空處理空間22抽真空和提供連續(xù)處理氣體流，能夠?qū)幕?2的裸露表面31通過等離子體處理而清理下來的揮發(fā)性和半揮發(fā)性蝕刻產(chǎn)物清理出真空室11，用于生成等離子體的處理氣體的分壓也能得到不斷更新。
繼續(xù)參照圖1和1A，天線18是螺旋狀或螺線管線圈狀，環(huán)繞著電絕緣窗體14的非真空側(cè)，其可以包括，例如，二(2)圈位于真空室11外側(cè)的環(huán)形線圈42。典型地，天線18環(huán)繞在電絕緣窗體14的非真空側(cè)或承受外壓側(cè)的環(huán)形線圈在二(2)到五(5)圈之間。天線18的環(huán)形線圈優(yōu)選與槽30的軸端保持一定間距。天線18的環(huán)形線圈優(yōu)選與電絕緣窗體14的外部緊密配合以優(yōu)化能量耦合效率。但應該理解的是，天線18也可以具有三維外形，其一個或多個部分與電絕緣窗體14的非真空側(cè)不一致。
天線18的優(yōu)選結(jié)構是由低電阻材料制成的空心管，例如銅。在天線18內(nèi)有散熱劑通道41，用于排放溫度控制流體，例如高阻抗的水。溫度控制流體吸收天線18的熱量并將熱的散熱劑流體輸送到遠處，例如循環(huán)冷卻器。這樣使得電絕緣窗體14、沉積板16、和天線18保持穩(wěn)定的操作溫度。天線18和電絕緣窗體14也可以通過其它技術來冷卻，例如通過鼓風機或類似裝置提供的定向強制空氣流通。
天線18通過RF匹配網(wǎng)絡44電連接到RF電源28，被選擇性地供能或通電。RF電源28以大約400KHz-13.56MHz之間的頻率輸出時變電流，向天線18供應大約100-5000瓦特之間的能量。RF匹配網(wǎng)絡44通過限制RF能量反射到RF電源28而優(yōu)化了RF能量從天線18向等離子體的轉(zhuǎn)移。為了限制反射，RF匹配網(wǎng)絡44對RF電源28和天線18的總電阻的暫時變化和等離子體的動態(tài)電載荷作出反應，使載荷的總的有效電阻接近于恒定的50歐姆。當通過RF電源28供能時，天線18向各個方向輻射RF電磁場。一金屬外罩或外殼46包圍著天線18以將輻射的RF電磁場限于其內(nèi)，確保附近的人身安全和防止電磁場干擾周圍的電子產(chǎn)品。
繼續(xù)參照圖1、1A，電絕緣窗體14基本上以真空密閉方式安裝到沉積板16上，其包括截頭圓錐體部分48、向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣50、和向外延伸的環(huán)形凸緣54。截頭圓錐體部分48包括一對基本上平行且相對的截頭圓錐體表面，其靠近環(huán)形凸緣50的上端直徑較小，而靠近環(huán)形凸緣54的下端直徑較大。電絕緣窗體14的截頭圓錐體部分48在環(huán)形凸緣50和環(huán)形凸緣54之間向上并向內(nèi)延伸，而平行于截頭圓錐體表面中的任一個的延伸錐形表面的會聚頂點的錐形角或夾角α大于或等于25°，優(yōu)選是如圖1中所示的最佳的約60°。向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣50環(huán)繞截頭圓錐體部分48的內(nèi)圓周面并具有面向下的封接面52。向外延伸的環(huán)形凸緣54環(huán)繞截頭圓錐體部分48的外圓周面并具有面向下的封接面56。優(yōu)選地，電絕緣窗體14的中心軸基本上與基材支架20和真空室11的中軸線同心。
電絕緣窗體14要有高的RF能量穿透率，所以，它是由非導體的電絕緣材料制成，例如陶瓷或聚合物。適于制造電絕緣窗體14的陶瓷包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、硼硅酸玻璃或石英，合適的聚合物是指聚四氟乙烯(PTFE)或者是填充PTFE。電絕緣窗體14的截頭圓錐體部分48的厚度可以是均勻的，也可以進行調(diào)整以適合RF能量通過電絕緣窗體14而進入真空處理空間24。電絕緣窗體14可以由單獨的一塊電絕緣材料制成，或者通過傳統(tǒng)的連接技術連在一起的多個連接部分制成。
繼續(xù)參照圖1、1A，沉積板16包括與電絕緣窗體14的截頭圓錐體部分48的內(nèi)表面緊密配合的截頭圓錐體面板58，向外延伸的凸緣60和圓形頂板62。截頭圓錐體面板58位于電絕緣窗體14的截頭圓錐體部分48和真空室11的真空處理空間24之間。截頭圓錐體面板58在沉積板16的上、下圓周64、65之間向上并向內(nèi)延伸。截頭圓錐體面板58包括一對基本上平行且相對的截頭圓錐體表面，其中靠近與頂板62結(jié)合處的上端表面直徑較小，而靠近凸緣60的下端表面直徑較大。而延伸的錐形面(包含至少最外面的截頭圓錐體表面)將會聚于一頂點，該頂點的夾角基本上等于電絕緣窗體14的截頭圓錐體部分48的夾角α。優(yōu)選地，沉積板16的中心軸基本上與電絕緣窗體14和基材支架20的中軸線同心。
在環(huán)形凸緣60和頂板62中分別設有能容納O-形環(huán)68、69的環(huán)形槽66、67，其中該環(huán)68、69分別用于密封沉積板16與電絕緣窗體14的向內(nèi)延伸和向外延伸的環(huán)形凸緣50、54上的密封面52、56之間的真空密閉。在室壁12的圓柱形邊緣73內(nèi)設有能容納O-形環(huán)69的環(huán)形槽71，而在沉積板16的環(huán)形凸緣60上設有面向該環(huán)形槽71的密封面60a，位于其中的O-形環(huán)69密封沉積板16與室壁12之間的真空密閉。
沉積板16的材料具有高的導電性和導熱性，例如金屬或金屬合金。合適的金屬和金屬合金包括鋁或鋁合金、銅或銅合金、鍍銀的銅或銅合金、或者彌散強化銅。普通的彌散強化銅是將氧化鋁顆粒分散到銅基體內(nèi)而形成且容易取得，例如從OM Group，Inc.(Cleveland，OH)獲得，其根據(jù)氧化鋁的含量而分為各種等級，這在商業(yè)上通常稱之為GlidcopTM。截頭圓錐體面板58、向外延伸的環(huán)形凸緣60、和頂板62可以是單一的一塊材料，也可以由多個連接部分形成。
在頂板62的外表面上延伸有環(huán)形流體通路75。該流體通路75適于溫度控制流體的流通，以便吸收并帶走由等離子體處理系統(tǒng)10傳到頂板62上的熱量。由于沉積板16的截頭圓錐體面板58和頂板62接觸良好，易于導熱，所以截頭圓錐體面板58不需要額外的冷卻裝置。但盡管未在圖1中示出，截頭圓錐體面板58也可以包括，例如，內(nèi)部通路網(wǎng)(未示出)，用于溫度控制流體的流通，目的是散去電絕緣窗體14附近的熱量。由于沉積板16被冷卻，所以從沉積板16傳給電絕緣窗體14的熱量將會非常的少，所以窗體14會保持相對低溫。
繼續(xù)參照圖1、1A，沉積板16的截頭圓錐體面板58包括多個通常是矩形的帶狀物76。相鄰一對帶狀物76通過槽陣列30中的一個隔開。帶狀物76沿沉積板周向排列，且分別通過上圓周64和下圓周65在其上表面和下表面互相連接。槽30通過相鄰一對縱向帶狀物76之間隔開的縫隙而限定。槽30關于截頭圓錐體面板58的圓周規(guī)則間隔，優(yōu)選地是間隔角基本相等，且通常平行于真空室11的垂直軸或中心線排列。每個槽30在內(nèi)部抵達沉積板16的上、下圓周64、65，從而使得上、下圓周64、65能在沉積板16周圍限定連續(xù)的導電和導熱通路。
根據(jù)本發(fā)明，沉積板16用作機械支撐電絕緣窗體14的支撐件。因而，電絕緣窗體14能有效承受由大氣壓作用在窗體14的截頭圓錐體部分48的外側(cè)或非真空表面而引起的作用力或載荷。更具體地說，在截頭圓錐體面板58的每個帶狀物76的最外端提供有窗體支撐面76a。每個窗體支撐面76a與截頭圓錐體部分48的一部分內(nèi)表面49基本上是直接體接觸。由此，每個窗體支撐面76a的錐度或直徑縮小度基本上等于截頭圓錐體部分48的內(nèi)表面49的錐度或直徑縮小度，使面板58與截頭圓錐體部分48的內(nèi)表面49緊密配合。所有支撐面76a一起強力支撐著電絕緣窗體14的截頭圓錐體部分48。沉積板16提供的機械支撐使得由電絕緣材料制成的電絕緣窗體14與傳統(tǒng)的電絕緣窗體相比能減小其厚度，這是因為窗體14不需要自立或者其它的靠自身來支撐。沉積板16使減小了厚度的電絕緣窗體14也能承受大氣載荷而不必冒太大的災難性失效的風險。與RF能量透過傳統(tǒng)的無支撐的電絕緣窗體相比，由于電絕緣窗體14的厚度減小，使得RF能量從天線18透過窗體14耦合到真空處理空間24內(nèi)的等離子體的效率提高。通過提高穿透率，RF電源能在降低功率電平的情況下向真空處理空間24內(nèi)的等離子體提供適宜的RF能級。
由于有沉積板16支撐和截頭圓錐體外形，電絕緣窗體14與使用類似的電絕緣材料制成的且具有類似外直徑的平板相比其結(jié)構明顯更強，并充當結(jié)構壁。由于結(jié)構增強，本發(fā)明的進一步優(yōu)點是減小了形成電絕緣窗體14的材料的厚度。因此，減小厚度能提高RF能量穿過電絕緣窗體14的傳輸效率。
存在于電絕緣窗體14與真空處理空間24之間的沉積板16有效增加了需要連續(xù)清理積聚在電絕緣窗體14上的集結(jié)物的時間間隔。因為集結(jié)物在沉積板16的金屬上的聚集比在電絕緣窗體14的電絕緣材料上的聚集更容易，所以集結(jié)物的粘附力更強且不容易剝落和破碎而形成顆粒。結(jié)果是在等離子體處理系統(tǒng)10中，聚集在沉積板16上的集結(jié)物不容易成為顆粒物源，所以可以等到集結(jié)物變厚之后再清理。
槽30是用于使天線18的RF能量能透過沉積板16并與真空處理空間24內(nèi)的等離子體耦合。槽30能通過抑制來自天線18的RF能量與等離子體的電容耦合而促進的它們之間的感性耦合。優(yōu)選將槽30設計成能防止濺鍍殘留物在電絕緣窗體14上集結(jié)。例如，槽30能防止在處理過程中由基材32濺出的導電集結(jié)物如金屬的聚集。如果不采取任何措施，導電集結(jié)物能在截頭圓錐體面板58的帶狀物76附近互相連接而在沉積板16的圓周形成連續(xù)的導電通路。因為天線18與電絕緣窗體14之間的連續(xù)導電通路能形成循環(huán)電流而降低RF能量從天線18到等離子體的耦合效率，所以這將影響等離子體處理系統(tǒng)10的運行。阻值較高的厚的金屬層和非金屬集結(jié)物和也將約束等離子體的激勵和降低RF能量通過電絕緣窗體14的效率。因此，通過槽30消除或防止電絕緣窗體14上的集結(jié)物能提高RF能量轉(zhuǎn)移給等離子體的效率。
在優(yōu)選的實施方式中并參照圖1B，每個槽30呈現(xiàn)彎曲路徑30a，例如圖示的人字外形，以消除從真空處理空間24到電絕緣窗體14的向外的徑向直線路徑。具體地說，用彎曲路徑30a消除從基材32到電絕緣窗體14的直線路徑使得基材32的裸露表面31的濺出物不能作為集結(jié)物擊打和沉積在電絕緣窗體14上。每個彎曲路徑30a具有二個或多個徑向延伸部分，它們成一定夾角而成為彎曲路徑，代替了直線路徑。每個彎曲路徑30a消除或顯著降低從基材32濺出的物質(zhì)在電絕緣窗體14的保護帶78a上的集結(jié)速率。槽具有如US 6,197,165(Drewery等人)中所說明的人字形外形。Drewery等人的專利所公開的全部內(nèi)容在這里作為參考并結(jié)合到本發(fā)明中。也可以通過在截頭圓錐體面板58內(nèi)設置一系列平行排列的深鉆孔來產(chǎn)生彎曲路徑的槽。具有深鉆孔非直線路徑的槽在2000年08月30日申請的名稱為“Process，Apparatus and Method for Improving Plasma Distribution AndPerformance in an Inductively Coupled Plasma Using an Internal InductiveElement”的美國專利申請US 09/650,532中得以說明，該專利申請通過正常手續(xù)轉(zhuǎn)讓給了本申請的受讓人。該專利申請所公開的全部內(nèi)容在這里作為參考并結(jié)合到本發(fā)明中。
如圖1C所示，在本發(fā)明的沉積板16的另一種實施方式中，至少有一個槽30是設置成彎曲路徑30a，例如圖1B中所說明的人字形路徑。剩余的槽30設置成直線路徑30b，其通過相鄰一對帶狀物76的基本平行的邊緣限定。彎曲路徑30a在電絕緣窗體14上形成保護帶78a，其能被掩蔽或遮蔽來自基材32的裸露表面31的濺出物。結(jié)果，電絕緣窗體14的保護帶78a上基本沒有集結(jié)物，或者至少降低了集結(jié)物在上面的積聚速率。在US5,569,363(Bayer等人)中公開的用于容易受到積聚在電絕緣窗體上的導電濺鍍物的影響的等離子體處理系統(tǒng)的保護帶與保護帶78a類似。Bayer的專利所公開的全部內(nèi)容在這里作為參考并結(jié)合到本發(fā)明中。
如圖1D所示，在本發(fā)明的沉積板16的另一種實施方式中，至少有一個槽30具有直線路徑30b，其在徑向被一凸緣79部分阻擋，而剩余的槽具有直線路徑30b，其沒有被來自基材32的裸露表面31的濺出物的通路阻擋。凸緣79沿槽的長度方向延伸，防止集結(jié)物積聚在電絕緣窗體14的保護帶78b上。凸緣79連接到一個帶狀物76上并且其一邊與相鄰帶狀物76保持一定的周向間隔。凸緣79的徑向最外端與電絕緣窗體14也保持一定的徑向間隔。作為選擇，一個帶狀物76也可以與電絕緣窗體14保持一定的徑向間隔，如圖1D中的虛線所示，從而這個隔開的一個帶狀物76在窗體14上提供一類似于保護帶78b的保護帶。
參照圖2、2A，在本發(fā)明的某些實施方式中，電絕緣窗體85可以由聚合物制成，或者更具體地說，是聚四氟乙烯(PTFE)，例如從E.I.du Pont deNemours and Company(Wilmington，DE)商業(yè)可獲得的Teflon或者其它類似的PTFE產(chǎn)品。形成電絕緣窗體85的聚合物可以是純凈的聚合物，或者作為選擇，也可以是添加了填充劑的合成物，例如填充聚四氟乙烯。合適的填充劑包括纖維或者云母、玻璃、碳、石墨、和其它類似原料的粉劑。已經(jīng)知道，在聚合物基體中添加填充物能改善合成物的機械強度和熱穩(wěn)定性。聚四氟乙烯具有高的化學穩(wěn)定性，所以不必考慮會受到處理氣體的侵害。
聚四氟乙烯作為塑料材料，明顯不象易碎的電絕緣材料如氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、硼硅酸玻璃或石英那樣容易發(fā)生災難性失效。但PTFE屬于軟性材料，在溫度高于大約180℃時容易變形，在大約327℃時就會熔化。所以必須冷卻沉積板16以控制電絕緣窗體85的溫度。由此，通過在流體通道75內(nèi)流通溫度控制液體來冷卻沉積板16。溫度控制液體必須有足夠的流速使PTFE的溫度保持在大約180℃之下。但通過添加填充劑能明顯改善PTFE在高于大約180℃和低于熔點時的機械穩(wěn)定性。
電絕緣窗體85主要通過截頭圓錐體面板58的帶狀物76a機械支撐。由于電絕緣窗體85不是自立的或靠自身支撐的，所以能減小形成電絕緣窗體85的PTFE的厚度。結(jié)果是透過電絕緣窗體85的RF能量的損耗明顯降低。因為電絕緣窗體85的穿透率提高，所以RF電源能在降低功率電平的情況下提供合適的RF能量來維持真空處理空間24內(nèi)的等離子體。
在電絕緣窗體85的非真空側(cè)表面內(nèi)設置有螺旋槽86(圖2A)，用于容納天線88的多個，例如三個，環(huán)形線圈88。一截頭圓錐體外罩90通過多個塑料螺釘91連到電絕緣窗體85的非真空側(cè)表面。外罩90的內(nèi)表面設置有螺旋槽92(圖2A)，用于容納天線88的一部分，使天線88被封裝在二個部件封裝內(nèi)。外罩90優(yōu)選由聚合物形成，更具體地說，由PTFE或填充PTFE形成。
參照圖3，說明的電絕緣窗體94和沉積板96是作為本發(fā)明的可供選擇的實施方式。類似于圖1中所示的電絕緣窗體14和沉積板16的配置，電絕緣窗體94的截頭圓錐體部分98位于沉積板96的截頭圓錐體面板99之上，其中截頭圓錐體面板99包括多個槽100。截頭圓錐體面板99還包括多個帶狀物99a，用于機械支撐電絕緣窗體94的截頭圓錐體部分98。電絕緣窗體94同樣包括下環(huán)形凸緣102，與沉積板96的下環(huán)形凸緣104嚙合；和上圓盤狀部分106，覆蓋沉積板94的圓盤狀頂板108。沉積板96的圓盤狀頂板108機械支撐電絕緣窗體94的上圓盤狀部分106。
如圖3所示的電絕緣窗體94基本上是平面的，但并不僅限于此，其由RF透射材料如電絕緣材料制成。合適的電絕緣材料包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、硼硅酸玻璃或石英、和聚合物，例如PTFE或填充PTFE。盡管如圖3所示的電絕緣窗體94是由單獨的一塊材料制成，但這并不限制本發(fā)明，截頭圓錐體部分98和上圓盤狀部分106可以包括以真空密閉的方式結(jié)合在一起的多個組件。
類似于圖1中的天線18，天線110包括貼著電絕緣窗體94的截頭圓錐體部分98環(huán)繞的螺旋纏繞環(huán)形線圈111和位于電絕緣窗體94的上圓盤狀部分106之上的環(huán)形線圈113。優(yōu)選將環(huán)形線圈111、113相互連接以實現(xiàn)電流連續(xù)性并選擇性地電連接RF電源。由環(huán)形線圈111、113輻射的RF能量分別穿過截頭圓錐體部分98和上圓盤狀部分106而進入真空處理空間24。以平行矩形排列的線性槽117如圖3中所示的非直線人字形槽，但不限于此，在環(huán)形線圈113之下的頂板108內(nèi)延伸。如同前面對于槽30(圖1)的描述，槽117限制來自濺蝕產(chǎn)物的集結(jié)物在電絕緣窗體94的真空側(cè)表面聚集，從而使RF能量能穿過其中而與等離子體耦合。
電絕緣窗體94和沉積板96的優(yōu)點在于沉積板96的截頭圓錐體面板99機械支撐著截頭圓錐體部分98，從而能減小電絕緣窗體94的上圓盤狀部分106的厚度，增大天線110的有效覆蓋區(qū)域或大軌跡。機械支撐促進RF能量傳到真空處理空間24的轉(zhuǎn)移效率，這是由于在減小電絕緣窗體94的上圓盤狀部分106的需要承受作用于其上的大氣壓力的厚度的同時，增大了天線110的有效區(qū)域。
參照圖4、4A并使用與圖1、1A中相同的標記數(shù)字表示相同特征。在本發(fā)明的可供選擇的實施方式中，流通氣體分配板120連在頂板62下面，并懸掛于基材支架20之上。該配氣板120有一圓柱形側(cè)壁122和一圓底板124，通常共同地限定一圓柱形充氣室125。底板124所在的平面通常位于基材32的裸露表面31之上且基本上與其平行和面對面。工藝氣源127通過室壁12內(nèi)的進氣口128選擇性地向充氣室125供應處理氣體并通過電子流量控制器129加以控制。理想的是制造配氣板120的材料能抵制處理氣體的化學侵害和腐蝕，例如鋁或鋁合金。配氣板12可以和頂板62制成一體，或者作為選擇，也可以是密閉連接到頂板62上的單獨部件。
多個氣口130，例如特定直徑的圓口，在底板124的下表面131內(nèi)延伸。該氣口130將空間分配的處理氣體輸送到真空室11的真空處理空間24。如圖4A所示的最佳情況，氣口130以陣列排列，優(yōu)選以基本上關于沉積板16的中心線對稱的規(guī)則陣列排列。但根據(jù)處理需要，氣口130的排列也可以設置成非對稱陣列或隨機的，向真空處理空間24供應不均勻流動的處理氣體。每個氣口130可以包括噴嘴(未示出)或類似結(jié)構，用于導向處理氣體的流通或改變氣體流速或出口壓力。
配氣板120可以結(jié)合進氣口27使用，用于提供一種處理氣體，作為選擇，也可以提供第二處理氣體或者是單一氣源。作為在等離子清潔中結(jié)合使用的一個例子，惰性氣體如Ar可以由第二工藝氣源132通過進氣口27(圖4)提供，而化學活性處理氣體如H2可以由配氣板120提供。當然，也可以將惰性氣體和化學活性處理氣體混合，或者通過配氣板120或者通過進氣口27單獨提供。混合氣體中的惰性氣體，例如，被認為能使感性耦合等離子體的點火變的容易。
通過空間分配處理氣體由多個間隔氣口130流入的過程，配氣板120能改善供應到真空處理空間24的處理氣體的空間分布的均勻性。這對于提高了操作壓力的等離子體清洗特別重要，所以，需要重點考慮化學活性處理氣體分布的均勻性?；?2的裸露表面31的表面清洗或蝕刻的均勻性對于氣口130的空間分布的對稱性、氣口130的數(shù)量、設置于基材32之上的氣口130高度、以及相對于基材支架20的氣口130的周邊位置都比較敏感，而這些因素均可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下加以變化以優(yōu)化等離子密度的分布和等離子對基材32的裸露表面31的處理。
參照圖5并使用與圖1、1A中相同的標記數(shù)字表示相同特征。在本發(fā)明的可供選擇的實施方式中，配氣環(huán)134連接到沉積板16上并位于真空室11內(nèi)。該配氣環(huán)134通常位于基材支架20的基材支撐面34的圓周之上，其所在的平面基本上平行于基材支撐面34所在的平面。配氣環(huán)134是一空心環(huán)，其限定了一個帶有多個氣口136如特定直徑的圓口的充氣室135，這些氣口136的徑向基本上向內(nèi)朝著沉積板16的中心線方向。來自工藝氣源137的處理氣體通過進氣口139和長管140流入配氣環(huán)134，通過電子流量控制器138計量。優(yōu)選的配氣環(huán)134提供的徑向氣流關于環(huán)134的中心線基本對稱，并且基本上平行于支撐面38。作為選擇，氣口136的軸向可以指向支撐面38所在平面的垂足，或者成一在垂線與徑向線之間的角度。制造配氣環(huán)134的優(yōu)選材料要能抵制處理氣體的化學侵害和腐蝕，例如鋁或鋁合金。處理氣體分配環(huán)134可以和配氣板120串聯(lián)使用，用來導向均勻的處理氣體以向下和徑向向內(nèi)的方向朝著基材32的裸露表面31流動，以便提高等離子體的均勻性和處理氣體吹在裸露表面31上的均勻性。
配氣環(huán)134通過沿真空室11的圓周分配多個氣口136而使供應到真空處理空間24的處理氣體的空間均勻性得以改善，這與僅有一個進氣口的情況相反，例如進氣口27。關于等離子體的均勻性和處理氣體的流通，配氣環(huán)134提供的優(yōu)點與上述配氣板120(圖4)提供的優(yōu)點類似，并且也可以使用或不使用進氣口27(圖4)和第二工藝氣源(圖4)，如同前面所述的。在結(jié)合配置中，單獨的工藝氣源，例如工藝氣源137，可以向配氣環(huán)134和配氣板27提供處理氣體。作為選擇，來自第二工藝氣源132的第二氣體也能夠通過進氣口提供，例如進氣口27(圖4)。
使用與圖1、1A和5中相同的標記數(shù)字表示相同特征，圖6中所示的沉積板141類似于圖1中所示的沉積板16。沉積板141包括帶有多個槽144的截頭圓錐體面板142、以真空密閉方式密封到室壁11的圓柱體凸緣73上的環(huán)形凸緣146、和圓盤狀頂板148。在截頭圓錐體面板142的圓周內(nèi)設置有氣體通道150。該氣體通道150和多個氣口152流體連通，其中氣口152朝著截頭圓錐體面板142的板面153方向在徑向向內(nèi)延伸。氣口152優(yōu)選設置成相對于沉積板141的圓周保持基本上相等的角間隔，以便使處理氣體流通基本上徑向均勻，但本發(fā)明不限于此。根據(jù)處理需要，氣口152的排列可以設置成使處理氣體以不均勻的流通流向真空處理空間24。盡管未示出，在沉積板141的其它連續(xù)圓周部分也可以設置類似于氣體通路150的附加氣體通路。作為選擇，在截頭圓錐體面板142內(nèi)也可以設置基本上平行于槽144排列的附加氣體通路(未示出)，類似于氣體通路150，其通過的周向氣體通路提供處理氣體，或者通過外部的多種氣體分配件提供。
通過在真空室11的周向分布多個氣口而不是僅通過單獨的進氣口如進氣口27提供受限氣流，氣體通路150和氣口152改善了供應到真空處理空間24內(nèi)的處理氣體的空間均勻性。氣體通路150和氣口152具有的優(yōu)點基本上與上述配氣板120(圖4)和配氣環(huán)134(圖5)提供的優(yōu)點類似，并且也可以使用或不使用進氣口27(圖4)。氣體通路150和氣口152也可以用于將第二處理氣體導入真空處理空間24，其中第二處理氣體可以由第二工藝氣源提供，類似于第二工藝氣源132(圖4)。
權利要求
1.一種使用等離子體處理基材的等離子體處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一具有室壁和開口的真空室，其中室壁包圍一真空處理空間，開口位于室壁內(nèi)；一位于室壁內(nèi)的進氣口，用于將處理氣體導入真空處理空間；一位于真空處理空間內(nèi)的基材支架，所述基材支架適于接收和支撐基材；一射頻(RF)電源；一位于室壁開口內(nèi)的支撐件，所述支撐件具有截頭圓錐體面板，其允許RF能量進入真空處理空間；一靠近所述支撐件的電絕緣窗體，所述電絕緣窗體具有截頭圓錐體部分，其通過所述支撐件的截頭圓錐體面板機械支撐并能傳輸RF能量；和一靠近所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分的天線，所述電絕緣窗體設置在所述天線與所述支撐件之間，所述天線電連接到所述RF電源并通過所述電絕緣窗體向所述真空處理空間供應RF電能，以便從處理氣體中形成等離子體。
2.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電絕緣窗體是由能通過RF的材料制成，這些材料選自于包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、硼硅酸玻璃、石英和它們的組合物的一組材料。
3.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電絕緣窗體是由能通過RF能量的聚合物制成。
4.如權利要求3所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中聚合物選自于包括聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯、和它們的組合物的一組材料。
5.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述支撐件包括一圓頂板，其外圓周邊與截頭圓錐體面板的內(nèi)圓周邊連接。
6.如權利要求5所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中頂板包括流體通路，其用于溫度控制流體的流通，當天線被激勵時，該溫度控制流體吸收并輸送來自頂板的熱量。
7.如權利要求5所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述天線進一步包括多個靠近頂板的環(huán)形線圈，所述電絕緣窗體進一步包括一靠近頂板的圓盤狀部分，該圓盤狀部分通過頂板機械支撐，頂板進一步包括多個槽，其允許RF能量進入真空處理空間。
8.如權利要求7所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個槽中的相鄰二個基本上互相平行定向，以便使來自于多個環(huán)形線圈的RF能量能有效地通過該槽而輸送到真空處理空間。
9.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述支撐件的截頭圓錐體面板具有的第一夾角在25°-180°之間，所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分具有的第二夾角基本上等于第一夾角。
10.如權利要求9所述等離子體處理系統(tǒng)，其中第一夾角為大約60°。
11.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述支撐件的截頭圓錐體面板包括多個周向間隔的帶狀物和多個周向間隔的槽，相鄰一對帶狀物被其中一個槽隔開，每個帶狀物具有一支撐面，用于接觸并機械支撐所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分的一部分。
12.如權利要求11所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個槽中的相鄰一對基本上相互平行，以便使來自于天線的RF能量能輸送到真空處理空間。
13.如權利要求11所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個槽設置成允許RF能量進入真空處理空間，并屏蔽所述電絕緣窗體而免受來自基材的濺蝕物的影響。
14.如權利要求13所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述天線包括多個環(huán)形線圈，其螺旋環(huán)繞所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分，并且多個槽中的相鄰一對基本上相互平行，以便使來自于多個環(huán)形線圈的RF能量能輸送到真空處理空間。
15.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述天線的至少一部分嵌入到所述電絕緣窗體內(nèi)。
16.如權利要求15所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電絕緣窗體進一步包括一形成于其表面內(nèi)的螺旋槽，所述天線的至少一部分位于所述螺旋槽內(nèi)。
17.如權利要求15所述的等離子體處理系統(tǒng)，進一步包括一外罩，在該外罩的表面上有一螺旋槽，所述天線的至少一部分位于該螺旋槽內(nèi)。
18.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，進一步包括一外罩，在該外罩的表面上有一螺旋槽，所述天線的至少一部分通過位于該螺旋槽內(nèi)而嵌入到該外罩內(nèi)。
19.如權利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，進一步包括一位于所述室壁內(nèi)的用于提供第二處理氣體流的第二進氣口和一位于所述基材支架之上且與所述進氣口流體連通的氣源，所述氣源從多個位置將第二處理氣體供應到真空處理空間，其中第一處理氣體和第二處理氣體被RF能量激勵而形成等離子體。
20.一種使用等離子體處理基材的等離子體處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一具有室壁和開口的真空室，其中室壁包圍一真空處理空間，開口位于室壁內(nèi)；一室壁內(nèi)的進氣口，用于將處理氣體導入真空處理空間；一位于真空處理空間內(nèi)的基材支架，所述基材支架適于接收和支撐基材；一射頻(RF)電源；一位于室壁開口內(nèi)的支撐件，所述支撐件具有截頭圓錐體面板，其允許RF能量進入真空處理空間；一靠近所述支撐件的電絕緣窗體，所述電絕緣窗體具有截頭圓錐體部分，其通過所述支撐件的截頭圓錐體面板機械支撐并且所述電絕緣窗體由聚四氟乙烯或填充聚四氟乙烯形成；和一靠近所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分的天線，所述電絕緣窗體設置在所述天線與所述支撐件之間，所述天線電連接到所述RF電源并通過所述電絕緣窗體向所述真空處理空間供應RF電能，以便從處理氣體中形成等離子體。
21.如權利要求20所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述天線進一步包括多個靠近頂板的環(huán)形線圈，所述支撐件包括一頂板，該頂板含有流體通道并具有多個槽，該槽設置成允許RF能量進入真空處理空間并屏蔽圓盤狀部分而免受來自于基材的濺出物的影響，并且所述電絕緣窗體包括以真空密閉方式位于頂板附近的圓盤狀部分，該圓盤狀部分通過頂板機械支撐。
22.如權利要求21所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個槽中的相鄰一對基本上相互平行，以便使來自于多個環(huán)形線圈的RF能量能輸送到真空處理空間。
23.如權利要求20所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述支撐件的截頭圓錐體面板具有的第一夾角在25°-180°之間，所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分具有的第二夾角基本上等于第一夾角。
24.如權利要求23所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中第一夾角為大約60°。
25.如權利要求20所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述支撐件的截頭圓錐體面板包括多個周向間隔的帶狀物和多個周向間隔的槽，相鄰一對帶狀物被槽中的一個隔開，每個帶狀物具有一支撐面，設置成能夠接觸并機械支撐所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分的一部分。
26.如權利要求25所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個槽中的相鄰一對基本上相互平行，以便使來自于天線的RF能量能輸送到真空處理空間。
27.如權利要求25所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個槽設置成允許RF能量進入真空處理空間，并屏蔽所述電絕緣窗體而免受來自基材的濺蝕物的影響。
28.如權利要求25所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述天線包括多個環(huán)形線圈，其螺旋環(huán)繞所述電絕緣窗體的截頭圓錐體部分，并且多個槽中的相鄰一對基本上相互平行，以便使來自于多個環(huán)形線圈的RF能量能輸送到真空處理空間。
29.如權利要求20所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述天線的至少一部分嵌入到所述電絕緣窗體內(nèi)。
30.如權利要求29所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電絕緣窗體進一步包括一形成于其表面內(nèi)的螺旋槽，所述天線的至少一部分位于所述螺旋槽內(nèi)。
31.如權利要求30所述的等離子體處理系統(tǒng)，進一步包括一外罩，在該外罩的表面上有一螺旋槽，所述天線的至少一部分位于該螺旋槽內(nèi)。
32.如權利要求20所述的等離子體處理系統(tǒng)，進一步包括一外罩，在該外罩的表面上有一螺旋槽，所述天線的至少一部分位于該螺旋槽內(nèi)。
33.如權利要求20所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述支撐件包括一用于流通溫度控制流體的流體通路，其至少能調(diào)節(jié)所述支撐件的溫度。
34.一種使用等離子體處理基材的等離子體處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一具有室壁和開口的真空室，其中室壁包圍一真空處理空間，開口位于室壁內(nèi)；一位于真空處理空間內(nèi)的基材支架，所述基材支架適于接收和支撐基材；一射頻(RF)電源；一位于室壁開口內(nèi)的支撐件，所述支撐件具有截頭圓錐體面板，其允許RF能量進入真空處理空間；一靠近所述支撐件的電絕緣窗體，所述電絕緣窗體有一截頭圓錐體部分，其通過所述支撐件的截頭圓錐體面板機械支撐；一靠近所述電絕緣窗體且電連接到RF電源的天線；一工藝氣源；一位于室壁內(nèi)且與工藝氣源流體連通的進氣口；和一位于所述基材支架之上且與所述進氣口流體連通的氣源，所述氣源與所述支撐件形成一體并通過多個位置向真空處理空間供應處理氣體，其中處理氣體被RF能量激勵而形成等離子體。
35.如權利要求34所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述氣源包括一設在所述支撐件內(nèi)的氣體內(nèi)通道，并且多個位置包括多個設在內(nèi)部氣體通道內(nèi)的氣口，用于在所述基材支架上的基材上方提供處理氣體流。
36.如權利要求35所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個氣口相對于所述基材支架上的基材的軸向中心線對稱排列和定向，用于提供基本均勻和徑向的處理氣體流給真空處理間。
37.如權利要求35所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個氣口面向所述基材支架定位，用于以基本上垂直于所述基材支架上的基材的角度提供處理氣體流。
38.如權利要求34所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述氣源包括一具有充氣室的配氣板，并且多個位置包括向充氣室內(nèi)延伸且以陣列方式排列在配氣板上的多個氣口，用于在所述基材支架上的基材之上提供處理氣體流。
39.如權利要求38所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個氣口相對于所述基材支架上的基材的軸向中心線對稱排列和定向，用于向真空處理空間內(nèi)供應大致均勻的處理氣體流。
40.如權利要求38所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個氣口面向所述基材支架定位，用于以基本上軸向垂直于所述基材支架上的基材的角度提供處理氣體流。
41.如權利要求34所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述氣源包括一環(huán)繞真空處理空間的配氣環(huán)，并且多個位置包括多個穿過配氣環(huán)延伸的氣口，用于向所述基材支架上的真空處理空間內(nèi)供應處理氣體。
42.如權利要求39所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個氣口面向所述基材支架的支撐面的中心線向內(nèi)徑向?qū)?，用于以基本上平行于所述基材支架上的基材的角度供應處理氣體流。
43.如權利要求42所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中多個氣口沿配氣環(huán)的周向具有大致均勻的角度間隔，用于以基本上平行于所述基材支架上的基材的角度產(chǎn)生基本徑向的處理氣體流。
44.如權利要求42所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述基材支架的支撐面基本上是圓形，并且所述氣源的多個位置基本上與所述基材支架上的基材的軸向中心線同心。
45.如權利要求42所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述基材支架具有外圓周，所述氣源所在的平面基本上平行于所述基材固定器上的基材的表面，所述氣源環(huán)繞所述基材支架上的基材的外圓周。
46.一種在等離子體處理系統(tǒng)的真空處理空間內(nèi)使用等離子體處理基材的方法，該方法包括在處理間內(nèi)設置用于接收和固定基材的基材支架；向真空處理空間內(nèi)供應第一處理氣體流；在位于基材支架之上的多個位置向真空處理空間內(nèi)供應第二處理氣體流；通過RF能量激勵第一和第二處理氣體以形成用于處理基材的裸露表面的等離子體；和使用該等離子體清潔基材的裸露表面上的污染物。
47.如權利要求46所述的方法，其中第二處理氣體流的角度基本上平行與基材支架上的基材。
48.如權利要求46所述的方法，其中第二處理氣體流的角度基本上垂直與基材支架上的基材。
49.如權利要求46所述的方法，其中第一處理氣體與第二處理氣體具有相同的化學性能。
50.如權利要求46所述的方法，其中支撐面基本上是圓形；用于供應第二處理氣體的多個位置基本上與基材支架上的基材的軸向中心線同心。
全文摘要
一種等離子體處理系統(tǒng)(10)，能將射頻能量有效耦合到真空室(18)內(nèi)的真空處理空間(24)內(nèi)的等離子體。該等離子體處理系統(tǒng)(10)包括一截頭圓錐體電絕緣窗體(14、85)，設在電絕緣窗體(14、85、94)外側(cè)的感應元件(18)，和設在室壁(12)開口內(nèi)的截頭圓錐體支撐件(16、96、141)。該支撐件(16、96、141)包括機械支撐電絕緣窗體(14、85、94)的截頭圓錐體部分(48、98)的截頭圓錐體面板(58、99、142)。電絕緣窗體(14、85、94)由電絕緣材料如陶瓷或聚合物制成，且由于支撐件(16、96、141)的機械支撐而具有減小的厚度。該處理系統(tǒng)(10)可以包括一位于基材支架(20)之上的氣源，用于向真空處理空間(24)內(nèi)導入處理氣體。
文檔編號B01J3/00GK1561534SQ02802026
公開日2005年1月5日 申請日期2002年6月4日 優(yōu)先權日2001年6月6日
發(fā)明者約瑟夫·布克阿, 約翰·德魯埃里, 邁克爾·格拉佩爾－豪斯, 赫里特·列烏英克, 格林·雷諾茲, 米爾科·武科維奇, 圖魯爾·亞薩爾 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社