用於改良的擋板的方法和裝置的製作方法
2023-05-30 11:30:26 1
專利名稱：用於改良的擋板的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及將擋板用於等離子體處理系統中的方法和裝置，更具體地說，本發明涉及便於等離子體處理系統改進裝配的擋板組件。
背景技術：
半導體工業中集成電路(IC)的製造通常用等離子體在真空處理系統內產生和輔助表面化學處理，以從襯底上去除材料和在襯底上沉積材料。通常，等離子體是在真空條件下的處理系統內通過用供給的處理氣體將電子加熱到足以維持電離碰撞的能量而形成的。而且，加熱的電子可具有足以維持離解碰撞的能量，因此選擇在預定條件下(例如室壓力、氣體流率等等)的一組特定氣體，以產生大量帶電物質和化學活性物質，其中所述物質適合系統中正在進行的特定處理(例如從襯底去除材料的刻蝕處理或向襯底增添材料的沉積處理)。
儘管大量帶電微粒(離子等等)和化學活性物質的形成對於進行等離子體處理系統對襯底表面的功能(例如材料刻蝕、材料沉積等等)是必要的，但處理室內部的其他元件表面暴露在物理和化學活性的等離子體中，最終可能受到腐蝕。處理系統中暴露元件的腐蝕可能引起等離子體處理性能的逐步降低並使系統最終完全失效。
為了使因暴露於處理等離子體而承受的損害減至最小，可以在處理室內插入可消耗或可替換的元件，例如由矽、石英、氧化鋁、碳或碳化矽製造的元件，以保護更有價值的元件表面和/或影響處理中的變化，所述更有價值的元件在頻繁替換中可能導致更大成本。此外，還希望選擇最小化給處理等離子體帶來的、以及可能給襯底上形成的器件帶來的多餘汙染物、雜質等等的材料。這些可消耗或可替換的元件經常被認為是處理套件的一部分，在系統清潔過程中其經常得到維護。
發明內容
本發明描述了用於將擋板用於等離子體處理系統的方法和裝置。
根據第一方面，圍繞等離子體處理系統中的襯底支架的擋板組件包括定心環和擋板，所述定心環設置為耦合到襯底支架，所述擋板包括一個或更多個通道，其中擋板設置為通過將擋板耦合到定心環而在等離子體處理系統內定心。
根據另一方面，圍繞等離子體處理系統中的襯底支架的可置換擋板包括環，該環包括設置為耦合到襯底支架的第一邊緣、設置為鄰近等離子體處理系統壁的第二邊緣以及一個或更多個通道，該通道允許通過其的氣體通道，其中第一邊緣耦合到襯底支架便於將環在等離子體處理系統中定心，以使第二邊緣與壁之間的間距基本是不變的。
此外，用於對圍繞等離子體處理系統中的襯底支架的擋板進行替換的方法，包括從等離子體處理系統去除第一擋板以及通過將第二擋板耦合到襯底支架而將第二擋板安裝在等離子體處理系統中，其中所述耦合便於第二擋板在等離子體處理系統中的自動定心。
在附圖中圖1圖示了根據本發明的實施例的等離子體處理系統的示意性框圖；圖2A示出了根據本發明的實施例的擋板的平面圖；圖2B示出了圖2A所示擋板的仰視平面圖；圖3示出了圖2A和2B所示擋板的截面圖；圖4示出了圖2A和2B所示擋板的放大平面圖；圖5示出了圖2A和2B所示擋板的放大截面圖；圖6圖示了根據本發明的實施例的定心環的平面圖；圖7示出了圖6所示定心環的截面圖；圖8示出了圖6所示定心環的放大截面圖；圖9示出了圖6所示定心環的另一放大截面圖；
圖10示出了圖6所示定心環的另一放大截面圖；圖11示出了根據本發明另一實施例的擋板和定心環的截面圖；圖12示出了圖11所示擋板的平面圖；圖13A和13B示出了對圖11所示擋板和定心環進行定心的結構的放大平面圖和放大截面圖；圖13C和13D示出了對圖11所示擋板和定心環進行定心的另一結構的放大平面圖和放大截面圖；圖13E和13F示出了對圖11所示擋板和定心環進行定心的另一結構的放大平面圖和放大截面圖；並且圖14示出了對圍繞等離子體處理系統中的襯底支架的擋板進行替換的方法。
具體實施例方式
在等離子體處理中，擋板可以用於幫助將等離子體限制在鄰近襯底的處理區域以及用於影響鄰近襯底的處理區域中的流體力學特性的均勻性。對於傳統的等離子體處理系統，擋板設置為圍繞著襯底支架，並且在許多情況下，用緊固件將擋板物理耦合到襯底支架。通常，擋板包括多個開口，以允許處理氣體、反應物和反應產物到達真空泵浦系統的通道。
根據本發明的實施例，等離子體處理系統1示於圖1，其包括等離子體處理室10，上組件20、電極板組件24、用於支撐襯底35的襯底支架30以及耦合到用於在等離子體處理室10中提供減壓環境11的真空泵(未示出)的泵浦管道40。等離子體處理室10可便於在鄰近襯底35的處理空間12中形成處理等離子體。等離子體處理系統1可以設置為處理任意尺寸的襯底，例如200mm襯底、300mm襯底或更大的。
在圖示的實施例中，電極板組件24包括電極板26(圖1)和電極28(圖1)。在可替換實施例中，上組件20可包括蓋子、氣體注入組件和上電極阻抗匹配網絡中的至少一個。電極板組件24可以耦合到RF源。在另一種可替換實施例中，上組件20包括耦合到電極板組件24的蓋子，其中電極板組件24維持在與等離子體處理室10相等的電位。例如，可以將等離子體處理室10、上組件20和電極板組件24電連接到地電位。
等離子體處理室10還可以包括耦合到沉積屏蔽14的光學觀察口16。光學觀察口16可包括耦合到光學窗口沉積屏蔽18背面的光學窗口17，並可以設置光學窗口凸緣19，以將光學窗口17耦合到光學窗口沉積屏蔽18。可以在光學窗口凸緣19與光學窗口17之間、光學窗口17與光學窗口沉積屏蔽18之間以及光學窗口沉積屏蔽18與等離子體處理室10之間提供密封元件，例如O形環。光學觀察口16使得可以監視來自處理空間12中的處理等離子體的光發射。
襯底支架30還可以包括由波紋管52圍繞的垂直移動器件50，所述波紋管52耦合到襯底支架30和等離子體處理室10並設置為將垂直平移器件50與等離子體處理室10的減壓環境11密封地分開。另外，波紋管屏蔽54可被耦合到襯底支架30並設置為保護波紋管52免於處理等離子體。襯底支架30還可以耦合到聚焦環60和屏蔽環62中的至少一個。此外，擋板64可以圍繞襯底支架30的周邊延伸。
襯底35可以由自動襯底輸送系統經過槽形閥(slot valve，未示出)和室通路(未示出)輸送出入等離子體處理室10，其中襯底35在襯底輸送系統中由容納在襯底支架30內的襯底提升銷(未示出)支撐並由容納在其中的器件進行機械平移。一旦從襯底輸送系統接收到襯底35，就將其降低到襯底支架30的上表面。
襯底35可以由靜電夾持系統固定到襯底支架30。此外，襯底支架30還可以包括冷卻系統，該冷卻系統包括再循環冷卻劑流，其從襯底支架30接收熱量並將熱量傳送到熱交換系統(未示出)，或者在加熱時傳送來自熱交換系統的熱量。此外，氣體可以由背面氣體系統傳遞給襯底35背面，以提高襯底35與襯底支架30之間的氣隙導熱性。當需要襯底的溫度控制於更高或更低溫度時可以使用這樣的系統。在其他實施例中可以包括加熱元件，例如電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器。
在圖1所示的圖示實施例中，襯底支架30可包括電極，經過該電極將RF功率耦合到處理空間12中的處理等離子體。例如，可以通過將RF功率從RF發生器(未示出)經過阻抗匹配網絡(未示出)傳輸到襯底支架30而使襯底支架30在RF電壓上電偏壓。RF偏壓可用於加熱電子，以形成和維持等離子體。在此結構中，系統可作為反應離子刻蝕(RIE)反應器，其中室和上氣體注入電極用作接地表面。用於RF偏壓的通常頻率可以從約1MHz到約100MHz範圍或者約13.56MHz。用於等離子體處理的RF系統是本領域技術人員熟知的。
或者，處理空間12中的處理等離子體可以用平行板、容性耦合等離子體(CCP)源、感性耦合等離子體(ICP)源、及其任意組合以及帶有或不帶磁系統形成。或者，處理空間12中的處理等離子體可以用電子迴旋共振(ECR)形成。在另一實施例中，處理空間12中的處理等離子體由螺旋波的產生形成。在另一實施例中，處理空間12中的處理等離子體由傳播的表面波形成。
現在參考圖2A(俯視平面圖)、圖2B(仰視平面圖)和圖3(截面圖)所示的本發明的圖示實施例，擋板64可以形成包括上表面82、下表面84、內徑向邊緣86和外徑向邊緣88的環。擋板64還可以在上表面82與下表面84之間包括至少一個通道90，該通道90設置為使氣流可以從其經過。
圖4提供了幾個通道90的放大平面圖，圖5提供了通道90之一的放大截面圖，其中放大截面圖提供了沿著通道90的短軸所取的橫截面圖。每個通道90包括與擋板64的上表面82和下表面84相接觸的內通道表面92。例如，至少一個通道90可以包括由最接近每個通道90的上表面82與下表面84之間的距離指示的長度，其具有從約1到約50mm的尺寸範圍。或者，該長度可以從約1到約10mm變化，該長度也可以是約3mm。通道可以用例如機加工、雷射切割、磨削、拋光和鍛造中的至少一種來製造。
在圖4和圖5所示的圖示實施例中，所述的至少一個通道90可包括沿徑向方向對準的槽。例如，如圖2A、2B和4所示，槽可以在每度之間方位角地間隔。在本發明的可替換實施例中，槽可以在方位角方向上對準。在本發明的可替換實施例中，槽可以是傾斜的並從而部分地在徑向和方位角方向上對準。在可替換實施例中，通道90可包括其對準方法的組合。或者，通道可以包括至少一個節流孔。或者，通道包括多個節流孔，其在擋板64上具有不變的尺寸和均勻的分布。或者，通道包括多個節流孔，其中節流孔的尺寸、分布(或者數量密度)和節流孔形狀中至少一項沿擋板64變化。例如，當真空泵(未示出)經過泵浦管道40而訪問處理室10時，如圖1所示，通道的數目或者通道的尺寸在接近泵浦管道40的入口處可以局減小，以便校正此布置固有的非均勻壓力場。
此外，仍參考圖4，截面面積可以是例如沿著從上表面82到下表面84的通道長度方向上是不變的。或者，下表面84處通道90的截面出口面積可以包括例如大於上表面82處通道90的相應截面入口面積。或者，下表面84處通道90的截面出口面積可以包括例如小於上表面82處通道90的相應截面入口面積。
根據本發明的實施例，擋板64可以通過將擋板上的配合特徵與襯底支架上的定心特徵相耦合而在襯底支架上自動定心。例如，擋板64上的配合特徵包括內徑向邊緣86上的配合表面87(見圖5)。此外，襯底支架上的定心特徵可以包括固定到襯底支架的定心環。圖6示出了定心環100的平面圖，圖7示出了定心環100的截面圖。定心環100可包括凸緣區域110和唇部區域112，其中唇部區域112還包括定心表面120。定心表面120可以包括例如如圖6和7所示的徑向表面，其中將擋板64耦合到定心環100時在配合表面87與定心表面120之間提供徑向位置的間隙配合。
一旦擋板64被耦合到定心環100，擋板64的下表面84就可以置於定心環100的凸緣區域110的接收表面122的上面。或者，擋板64可以用緊固件(例如螺栓)固定到定心環100，以便維持其間的機械壓力。例如，如圖2A和2B以及圖3所示，擋板64包括一個或更多個通孔92，每個通孔具有沉孔94，緊固件(未示出)例如螺栓可以經過通孔延伸，其中各個沉孔94便於捕獲緊固件頭部。此外，如圖8所示，定心環100包括例如內螺紋孔124，其中內螺紋孔124捕獲緊固件的螺紋末端。當將擋板64緊固到定心環100時，由例如螺紋緊固件上的扭矩作用施加的機械壓力可以提高擋板64與定心環100之間的熱接觸。
此外，如圖9所示，定心環100包括一個或更多個緊固通孔126，每個緊固通孔126具有緊固沉孔128，緊固件(未示出)例如螺栓可以經過緊固通孔126延伸，其中各個緊固沉孔128便於捕獲緊固件頭部。此外，例如，為了將擋板64緊固到定心環100，擋板64還可以包括一個或更多個間隙(clearance relief)96，其設置為給用於將定心環100耦合到襯底支架的一個或更多個緊固件提供空隙。使用緊固件和一個或更多個緊固通孔126可以便於將定心環100固定到襯底支架。
此外，定心環100還可以包括電接觸特徵，其中電接觸特徵包括例如凹槽130(見圖8、9和10)，其設置為容納可變形的電接觸器件例如SpirashieldTM。當將擋板64機械地緊固到定心環100並將定心環100機械地緊固到襯底支架時，SpirashieldTM(具有由螺旋形金屬屏蔽圍繞的彈性內核)被壓縮在凹槽130內，因此改進了擋板64與定心環100之間的電接觸性。
此外，還可以在擋板64以及定心環100的任意表面上形成保護性屏障100。保護性屏障100可以便於例如當擋板暴露於例如等離子體的苛刻處理環境時預備抗腐蝕表面。在製造過程中，保護性屏障可以包括在一個或更多個表面上提供表面陽極化處理、在一個或更多個表面上提供噴塗鍍膜或者使一個或更多個表面經受等離子體電解氧化中的至少一個。保護性阻擋層可以包括由第III族元素和鑭系元素中的至少一個形成的鍍膜。保護性鍍膜可以包括Al2O3、氧化釔(Y2O3)、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3和DyO3中的至少一個。陽極化處理鋁元件和施加噴塗鍍膜的方法是表面材料處理領域技術人員熟知的。
可以給擋板64的所有表面提供保護性阻擋層，可以用上述的任意技術施加。在另一示例中，擋板64上除了如圖2B所示的下表面84上的接觸區域98(交叉陰影線區域)之外的所有表面都被提供了用上述任意技術施加的保護性阻擋層。在將保護性阻擋層塗敷到擋板表面之前，可以將接觸區域98掩膜，以防在其上形成阻擋層。或者，在將保護性阻擋層施加到擋板表面之後，可以對接觸區域98進行機加工，以去除形成於其上的阻擋層。
也可以如圖11、12、13A和13B所示實現擋板64相對於定心環100的定心。銷釘101和配合銷孔102與菱形銷103和另一配合銷孔104一起提供了這樣的特徵，該特徵用於當用帶螺紋的金屬件68耦合部件時將擋板64定心到定心環100。這種布置常用於定心，並易於被熟悉對準兩個或更多元件的技術領域的任何人員理解。
另一可替換的定心實施例可以如圖11、12、13C和13D所示來實現。圖13C和13D示出對圖13A、13B以及圖13A所示圖12的部分的改變。銷釘101和配合銷孔102(圖12中)以及另一銷釘203和配合槽特徵(圖13C和13D中)提供了這樣的特徵，其用於當用帶螺紋的金屬件68耦合各部分時將擋板64定心到定心環。這種布置也是常用的，並易於被熟悉對準兩個或更多零件的技術領域的任何人員理解。
另一種可替換的定心實施例可以如圖11、12、13E和13F所示來實現。圖13E和13F示出對圖13A、13B以及圖13A所示圖12的部分的改變。擋板164和定心環400的定心是通過使用徑向平面齒輪齒165來實現的。當擋板164與定心環400用帶螺紋的金屬件68耦合併緊固時，齒相互嚙合。定心特徵的這種布置也易於被熟悉對準兩個或更多零件的技術領域的任何人員理解。
現在參考圖14，其描述了對圍繞著等離子體處理系統中的襯底支架的擋板進行替換的方法。此方法包括從210開始的流程圖200，其從等離子體處理系統去除第一擋板。去除第一擋板可以包括例如將等離子體處理系統排放到大氣環境並打開等離子體處理室以處理其內部，接著將擋板從襯底支架上拆開。將擋板從襯底支架上拆開可以包括例如將擋板抬起到離開襯底支架，或者從襯底支架上除去用於將擋板緊固到襯底支架的緊固件然後將擋板抬起離開襯底支架。
在220中，通過將第二擋板耦合到襯底支架而將第二擋板安裝到等離子體處理系統中，其中耦合便於第二擋板在等離子體處理室中的自動定心。第二擋板可包括再磨光後的第一擋板，也可以是新製造的擋板。第二擋板在等離子體處理系統中的自動定心可以如上所述通過在擋板的外徑向邊緣上提供配合表面並將配合表面耦合到安裝在襯底支架上的定心環唇部區域上的定心表面而實現。或者，第二擋板在等離子體處理系統中的自動定心可以通過提供兩個或更多的安裝在擋板的接觸表面上的銷釘並將擋板上的銷釘耦合到定心環的接收表面上的兩個或更多個接收孔而實現。
儘管上面只詳細說明了此發明的某些示例性實施例，但本領域技術人員容易理解，可以在示例性實施例中進行許多修改而實質上不脫離此發明的新穎內容和優點。因此，所有這些修改都應當包括在本發明的範圍內。
此PCT申請基於2003年11月12日提交的美國非臨時專利申請No.10/705,224並要求其優先權，其全部內容通過引用而結合於此。
權利要求
1.一種圍繞著等離子體處理系統中的襯底支架的擋板組件，包括定心環，所述定心環設置為耦合到所述襯底支架上；以及擋板，所述擋板包括一個或更多個通道，其中所述擋板設置為通過將所述擋板耦合到所述定心環而在所述等離子體處理系統中定心。
2.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述定心環用緊固件耦合到所述襯底支架。
3.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述定心環包括定心特徵，所述定心特徵設置為將所述擋板在所述定心環上定心。
4.根據權利要求3所述的擋板組件，其中所述定心特徵包括定心銷釘、定心插座、定心邊緣和徑向平面齒輪齒中的至少一個。
5.根據權利要求3所述的擋板組件，其中所述擋板包括配合特徵，所述配合特徵設置為與所述定心特徵相耦合。
6.根據權利要求5所述的擋板組件，其中所述配合特徵包括定心銷釘、定心插座、定心邊緣和徑向平面齒輪齒中的至少一個。
7.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述定心環由鋁製造。
8.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述擋板由鋁、氧化鋁、矽、碳化矽、氮化矽、石英、碳和陶瓷中的至少一個製造。
9.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述擋板的表面包括保護性阻擋層。
10.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述擋板的部分表面包括保護性阻擋層。
11.根據權利要求9或10所述的擋板組件，其中所述保護性阻擋層包括表面陽極化處理、用等離子體電解氧化形成鍍膜以及噴塗鍍膜中的至少一個。
12.根據權利要求9或10所述的擋板組件，其中所述保護性阻擋層包括第III族元素和鑭系元素中至少一個的層。
13.根據權利要求9或10所述的擋板組件，其中所述保護性阻擋層包括Al2O3、氧化釔(Y2O3)、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3和DyO3中的至少一個。
14.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述一個或更多個通道包括槽和節流孔中的至少一個。
15.根據權利要求1所述的擋板組件，其中所述一個或更多個通道的尺寸、形狀和分布中至少一項在所述擋板上變化。
16.一種圍繞等離子體處理系統中的襯底支架的可置換擋板，包括環，包括設置為耦合到所述襯底支架的第一邊緣、設置為鄰近所述等離子體處理系統的壁的第二邊緣以及一個或更多個開口，所述開口允許通過其的氣體通道，其中所述第一邊緣到所述襯底支架的所述耦合便於將所述環在所述等離子體處理系統中定心，以使所述第二邊緣與所述壁之間的間距基本是不變的。
17.一種用於對圍繞等離子體處理系統中的襯底支架的擋板進行替換的方法，包括從所述等離子體處理系統去除第一擋板；以及通過將第二擋板耦合到所述襯底支架而將所述第二擋板安裝在所述等離子體處理系統中，其中所述耦合便於所述第二擋板在所述等離子體處理系統中的自動定心。
全文摘要
一種擋板組件，設置為耦合到等離子為體處理系統中的襯底支架，該組件包括擋板(64)，擋板具有一個或更多個開口，以允許通過其的氣體通道，其中擋板耦合到襯底支架便於等離子體處理系統中擋板的自動定心。安裝在襯底支架中的定心環(100)可包括設置為與擋板上的配合特徵相耦合(68)的定心特徵。在等離子體處理系統初始裝配之後，擋板可以被替換並在等離子體處理系統中定心而無需對襯底支架進行拆卸和重新組裝。
文檔編號H01J37/32GK1853254SQ200480026969
公開日2006年10月25日 申請日期2004年10月19日 優先權日2003年11月12日
發明者史蒂文·T·芬克, 埃裡克·J·施特朗, 亞瑟·H·小拉弗拉彌, 傑伊·華萊士, 桑德拉·海嵐德 申請人:東京毅力科創株式會社