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CN201820736U - 可更换的等离子处理设备的上部室部分 - Google Patents

可更换的等离子处理设备的上部室部分 Download PDF

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CN201820736U CN2010201665565U CN201020166556U CN201820736U CN 201820736 U CN201820736 U CN 201820736U CN 2010201665565 U CN2010201665565 U CN 2010201665565U CN 201020166556 U CN201020166556 U CN 201020166556U CN 201820736 U CN201820736 U CN 201820736U
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哈米特·辛格
迈克·S·康恩
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Abstract

可处理半导体基片的等离子反应室的可更换上部室部分包括整体式的金属圆筒，具有圆锥形内表面，其上端最宽，上部凸缘向外水平延伸远离该圆锥形内表面，下部凸缘水平延伸远离该圆锥形内表面。该圆筒包括适于密封该等离子室的电介质窗的上部环形真空密封表面和适于密封该等离子室的下部部分的下部环形真空密封表面。在该圆筒上部部分的热质量由该圆锥形内表面和从该上部凸缘垂直延伸的外表面之间的圆筒部分限定，该热质量有效提供该圆锥形内表面的角向温度一致性。热力壅塞位于该圆筒的下部部分并有效最小化纵贯该下部真空密封表面的热传递。该热力壅塞由厚度小于0.25英寸并且延伸该圆锥形内表面至少25％长度的薄金属区域形成。

Description

可更换的等离子处理设备的上部室部分
技术领域
本发明大体上涉及半导体制造技术，特别涉及等离子室的更换上部室部分。
背景技术
在基片(例如，半导体基片或如用于平面显示器制造中的玻璃面板)的处理中，往往采用等离子。例如作为基片处理的一部分，将基片分为多个模片或者矩形区域，其每个将成为集成电路。然后在一系列步骤中处理该基片，其中有选择地去除(蚀刻)以及沉积(沉积)材料以便在其上形成电器部件。
在示范性的等离子工艺中，基片在蚀刻之前涂覆硬化乳剂薄膜(即，如光刻胶掩模)。然后有选择地去除硬化乳剂的区域，使得下面的层的部件暴露出来。然后，将基片设在等离子处理室中、包括单极或双极电极的基片支撑结构上，称为卡盘或基座。然后将适当的蚀刻剂源通入室并激发形成等离子以蚀刻该基片的暴露区域。
现在参照图1，示出电感耦合等离子处理系统部件的简图。通常，等离子室(室)202由是形成室侧壁的底部室部分250、也形成室侧壁的上部室部分244和盖子252组成。将一组适当的气体从气体分配系统222通入室202。这些等离子处理气体随后被激励形成等离子220，以便处理(例如，蚀刻或沉积)利用边缘环215设在静电卡盘(卡盘)216上的基片224(如半导体基片或玻璃面板)的暴露区域。气体分配系统222通常由多个包含等离子处理气体(例如C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、HBr、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2等)的压缩气筒(未示)组成。
感应线圈231通过形成室上壁的电介质窗204与等离子隔开，并且在等离子处理气体中引起随时间变化的电流以产生等离子220。该窗既保护感应线圈免受等离子220损害，还允许所产生的RF场208在等离子处理室内产生感应电流211。还耦接于感应线圈231的是匹配网络232，其可进一步耦接到RF发生器234。匹配网络232试图将RF发生器234的阻抗(其通常运行在大约13.56MHz和大约50欧姆)与等离子220的阻抗匹配。另外，第二RF能量源238还可通过匹配网络236耦接于基片224以便利用等离子产生偏压，引导等离子远离等离子处理系统的结构并朝向该基片。通过泵220从该室去除气体和副产物。
通常，某些类型的冷却系统240耦接于卡盘216以便在引发等离子时实现热平衡。冷却系统本身通常由将冷却液抽送通过卡盘内空腔的冷却器和抽送到卡盘和基片之间的氦气组成。除了去除所产生的热量，氦气还允许冷却系统快速控制热耗散。也就是，增加氦压力随后也增加热传递速率。大多数等离子处理系统还通过包含操作软件程序的精密计算来控制。在通常的运行环境中，制造工艺参数(例如，电压、气流混合物、气体流率、压力等)通常为特定的等离子处理系统和具体制法配置。
另外，加热和冷却设备246可运行以控制等离子处理设备202的上部室部分244的温度，从而上部室部分244的内表面(其在运行期间暴露于等离子)保持在受控的温度。加热和冷却设备246由多个不同的材料层形成以提供加热和冷却两种操作。
上部室部分本身通常由耐等离子材料构造，其或者接地或者可透过等离子处理系统内所生成的RF场(例如，涂覆或未涂覆的铝、陶瓷等)。
例如，上部室部分可以是机械加工的铝块，其可去除用以对其清洁或更换。上部室部分的内表面优选地涂覆耐等离子材料，如热喷涂氧化钇涂层。因为这种类型的陶瓷涂层容易受到损伤以及某些等离子工艺的感光处理而使得清洁会出现问题，所以有时宁可更换上部室部分而不是去除清洁。
另外，上部室部分在维护之后正确的重新安装往往也是困难的，因为其必须与底部室部分恰当的对齐而使得一组垫圈恰当地围绕上部室部分密封。稍微不对齐就会妨碍正确的安装布置。
上部室部分中材料的体积也往往对等离子处理系统增加可观的热质量。热质量指的是材料所具有的存储热能持续较长时间的容量。通常，等离子工艺往往对于温度的变化非常敏感。例如，在所建立的工艺窗外部的温度变化会直接影响基片表面上的聚合物膜(如多碳氟化合物)的蚀刻率或沉积速率。往往希望在基片之间的温度可重复性，因为许多等离子处理制法还会要求温度变化在数十摄氏度的数量级。因此，上部室部分经常受热或冷却以大体将等离子维持在所建立的参数范围内。
当引发等离子，基片吸收热能，随后测量该热能然后通过冷却系统去除。类似地，上部室部分可热控制。然而，等离子处理可能在多步骤处理中需要温度变化，以及可能需要将上部室部分加热到100℃以上的温度(例如120、130、140、150或160℃或其间的任何温度)，然而现有的上部室部分运行在低得多的、大约60℃量级的温度。更高的温度会导致不期望的邻近部件(如底部室部分)的温度增加。例如，如果希望上部室部分和上面的电介质窗运行在大约130至150℃的温度，而底部室部分在大约30℃的室温，热量会从热得多的上部室部分流进底部室部分，并将其温度充分升高以影响半导体基片的等离子处理条件。因此，源于上部室部分的热量流变化会导致基片外部变化超出窄的制法参数。
鉴于上述问题，需要具有提高的热特性的可更换上部室部分用以优化等离子处理系统中的等离子处理。
发明内容
在一个优选实施例中，可处理半导体基片的等离子反应室的可更换上部室部分包括：整体式的金属圆筒，具有圆锥形内表面，其上端最宽，上部凸缘向外水平延伸远离该圆锥形内表面，下部凸缘水平延伸远离该圆锥形内表面；上部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的电介质窗；下部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的下部部分；在该圆筒上部部分的热质量，该热质量由该圆锥形内表面和从该上部凸缘垂直延伸的外表面之间的圆筒部分限定，该热质量有效提供该圆锥形内表面的角向温度一致性，以及在该圆筒下部部分的热力壅塞，其有效最小化纵贯该下部真空密封表面的热传递，该热力壅塞由厚度小于0.25英寸并且延伸该圆锥形内表面至少25％长度的薄金属区域形成。
附图说明
图1示出等离子处理系统的简图；
图2示出现有上部室部分的剖面。
图3示出按照一个实施例、上部室部分的剖面。
图4示出图2所示的上部室部分的俯视图。
图5示出图2所示的上部室部分的侧视图。
图6示出图3所示的上部室部分的俯视图。
图7示出图3所示的上部室部分的侧视图。
图8示出上部室部分的立体剖视图。
图9是图8所示的上部室部分的剖面。
图10是图8所示的上部室部分的仰视图。
图11是图8所示的上部室部分的侧视图。
图12是图11所示上部室部分的侧面剖视图。
具体实施方式
现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描述本发明。在下面的描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发明可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。这里所使用的术语“大约”应当解释为包括指定值上下10％范围的值。
相比图2、4和5中所示的先前设计的上部室部分，图3、6和7中示出的重新设计的上部室部分具有提高的角向温度一致性、提高的至所覆盖的电介质窗的热传递以及减少的至下面的底部室部分的热传递。图2、4和5中示出的现有上部室部分设计为低质量并且由于其减少的重量而容易维护。改变该上部室部分的设计，通过增加该上部表面与该所覆盖的窗的接触面积、增加质量而提高角向一致性以及减少壁厚以最小化至该底部室部分的热传递，从而获得提高的角向热一致性。
在一个优选实施例中，该上部室部分是硬的、阳极氧化的铝圆筒，其具有用以安装工艺支持硬件(RF输入线圈、温度控制窗、定位结构、室温度控制硬件等)、密封真空以及传导电流离开该部件的结构。该真空密封件优选地是在该圆筒顶部和底部的一个或多个O形环。电导优选地通过使用金属弹簧RF垫圈来建立，该垫圈安装在该圆筒上的凹槽中并与相邻部件上裸露的金属带接触。增加该圆筒的上部部分的重量和热质量以获得所需的温度一致性。该等离子暴露表面的内部形状与现有上部室部分相同以复制现有上部室部分的电器、气流和等离子限制结构。设计中改变的部分可通过对比图2和3中示出的剖面图看出。
图3所示上部室部分与图2所示现有上部室部分不同之处在于安装温度控制、安装和定位硬件的结构不同。这种设计上的改变可通过将图4-5中示出的视图与图6-7中示出的视图对比看出。例如，该新的上部室部分设计比现有上部室部分重至少40％，以及该新的设计具有可去除的辅助硬件(定位结构、缓冲结构等)，其最小化运行通过该上部室部分清洁循环中的可能的污染材料。与之不同，现有上部室部分设计为在保持塑料和不锈钢部件连接的情况下清洁。
参照图2和4-5，该现有的上部室部分244包括上部凸缘250、下部凸缘252、包括用于容纳O形环的环形凹槽的上部真空密封表面254、包括用于容纳O形环的环形凹槽和用于容纳RF垫圈的另一环形凹槽的下部真空密封表面256、内部圆锥形表面258、用于安装该加热和冷却硬件246的外表面260以及上部凹面262。如图2中可见，该上部真空密封表面254小于该下部真空密封表面256，来自该上部室部分244的热流偏向于热传递至该底部室块250而不是该窗204。并且，该上部室部分244设计为较轻的重量以使得控制热一致性更依赖于该加热和冷却硬件而较少依赖于该上部室部分本身的热质量。
参照图3和6-7，该重新设计的上部室部分300包括上部凸缘302、下部凸缘304、包括用于容纳O形环的环形凹槽的上部真空密封表面306、包括用于容纳O形环的环形凹槽和用于容纳RF垫圈的另一环形凹槽的下部真空密封表面308、内部圆锥形表面310、用于安装该加热和冷却硬件246的外表面312和上部凹面315。如图3中可见，该上部真空密封表面306大于现有上部室部分244的上部真空密封表面并以此提供改进的与该窗204的热传递。为了最小化至该底部室部分250的热传递，该上部室部分300包括由该圆筒的薄的有壁的部分形成的热力壅塞314。优选地，热力壅塞314的厚度小于0.25英寸，更优选地厚度大约0.125英寸。该热力壅塞的长度优选地至少0.5英寸，更优选地长度至少1英寸。该热力壅塞优选地靠近该真空密封表面308开始并在该圆筒的热质量部分316终止。该凸缘304包括垂直表面318，其与该热力壅塞314的外表面322形成V型凹槽320。该热质量部分316开始于水平表面324，其与该上部凹面315隔开至少2英寸，优选地大约2.15英寸。
在图3所示的实施例中，该外表面312在该凸缘302和环形轮缘326之间凹下用以容纳该加热和冷却装置246。位于该外表面312的孔中的定位销330可用来定位该加热和冷却装置246。该上部凸缘302中一系列周向隔开的垂直安装孔332可用来安装包括RF线圈231的RF线圈总成。在该上部凸缘302中可提供其他孔和/或槽以与其他设备(如缓冲器)协作来保护该窗204避免在安装在上部真空密封表面306上或安装在锁入该上部室部分用于其安装和去除的机构上的过程中被损坏。一个或多个温度探针安装孔334可提供在该外表面312中用于进行单区域或多区域温度控制。
在一个优选实施例中，该上部室部分300是整体式铝圆筒，其在该真空密封表面306的内部边缘处的内径为18英寸，在该上部凸缘302的外部边缘处的外径为21.75英寸，在该下部真空密封表面308的内部边缘处的内径为21.15英寸以及在该下部凸缘304的外部边缘处的外径为22.48英寸。该上部真空密封表面中的O形环凹槽设在18.220至18.275英寸的直径上，该下部真空密封表面中的O形环凹槽位于大约21.45英寸的直径上，以及该RF垫圈的凹槽位于大约21.94英寸的直径上。该上部凹面的内部边缘直径为19.625英寸。
该上部室部分的另一实施例在图8-12中示出。在这个实施例中，该上部室部分400包括上部凸缘402、下部凸缘404、包括用于容纳O形环的环形凹槽的上部真空密封表面406、包括用于容纳O形环的环形凹槽和用于容纳RF垫圈的另一环形凹槽的下部真空密封表面408、具有一系列周向隔开的、用于安装气体喷射器(未示)的孔409的内部圆锥形表面410、安装该加热和冷却硬件246的外表面412和上部凹面415。如图8中可见，该上部真空密封表面406大于现有上部室部分244的上部真空密封表面并以此提供提高的、与该窗204的热传递。为了最小化至该底部室部分250的热传递，该上部室部分400包括在该圆筒的薄的有壁的部分形成的热力壅塞414。优选地，热力壅塞414的厚度小于0.25英寸，更优选地厚度大约0.10至0.125英寸。该热力壅塞的长度优选地至少0.5英寸，以及长度更优选地为至少1英寸。该热力壅塞优选地在靠近该真空密封表面408处开始并终止于该圆筒的热质量部分416。该凸缘404包括倾斜表面418，与该热力壅塞414的外表面422形成V形凹槽420。该热质量部分416开始于水平表面424，其与该上部凹面415隔开至少2英寸，优选地大约2.3英寸。
在图8-12所示的实施例中，该外壁412在该凸缘402和环形轮缘426之间凹下用以容纳该加热和冷却装置246。位于该外表面412的孔中的定位销430可用来定位该加热和冷却装置246。该上部凸缘402中一系列周向隔开的垂直安装孔432可用来安装包括RF线圈231的RF线圈总成。该上部凸缘402中可提供其他孔和/或槽以与其他设备(如缓冲器)协作从而保护该窗204避免在安装在该上部真空密封表面406上或锁进该上部室部分用于其安装和去除的结构上的过程中被损坏。一个或多个温度探针安装孔可提供在该外表面412中用于单区域或多区域的温度控制。
在一个优选实施例中，该上部室部分400是整体式铝圆筒，其在该真空密封表面406的内部边缘处的内径为18英寸，在该上部凸缘402的外部边缘处的外径为21.75英寸，在该下部真空密封表面408的内部边缘处的内径为21.15英寸以及和在该下部凸缘404的外部边缘处的外径为22.48英寸。该上部真空密封表面中的O形环凹槽位于18.220至18.275英寸的直径上，该下部真空密封表面中的O形环凹槽位于大约21.45英寸的直径上，该RF垫圈的凹槽位于大约21.94英寸的直径上。上部凹面的内部边缘直径为19.625英寸。
尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和各种替代等同物。例如，尽管本发明关于来自LamResearch Corporation的等离子处理系统描述(例如，Exelan TM，Exelan TM HP，Exelan TM HPT，2300TM，Versys TM Star等)，但是还可使用其他等离子处理系统。本发明还可用于各种直径(例如，200mm，300mm等)的基片。并且，可使用铝之外的材料，如陶瓷。
已经公开了示范性的实施例和最佳模式，可在由下面权利要求限定的本发明的主题和主旨内对所公开的实施例进行修改和变化。

Claims (10)

1.一种可处理半导体基片的等离子反应室的可更换上部室部分，其特征在于，该部分包括：
整体式的金属圆筒，具有圆锥形内表面，其上端最宽，上部凸缘向外水平延伸远离该圆锥形内表面，下部凸缘水平延伸远离该圆锥形内表面；
上部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的电介质窗；
下部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的下部部分；
在该圆筒上部部分的热质量，该热质量由该圆锥形内表面和从该上部凸缘垂直延伸的外表面之间的圆筒部分限定，该热质量有效提供该圆锥形内表面的角向温度一致性；
在该圆筒下部部分的热力壅塞，其有效最小化纵贯该下部真空密封表面的热传递，该热力壅塞由厚度小于0.25英寸并且延伸该圆锥形内表面至少25％长度的薄金属区域形成。
2.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该上部和下部真空密封表面包括至少一个其中适于容纳O形环的环形凹槽。
3.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该上部凸缘包括水平延伸至少1英寸的凹面，该上部真空密封表面水平延伸至少1英寸，该外表面与该圆锥形内表面在该外表面的下端隔开至少1英寸，该外表面与该圆锥形内表面在该外表面的上端隔开至少2英寸。 
4.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于包括安装孔，用于与提升工具啮合，提升工具用来在该等离子室的下部室部分上安装和去除该上部室部分。
5.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该外表面凹下并包括定位销孔，其适于容纳用来在该外表面上定位加热和冷却装置的定位销。
6.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于包括至少一个延伸进该上部凸缘的温度探针安装孔。
7.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该圆锥形内表面包括多个安装孔，适于在其中安装气体喷射器。
8.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该上部凸缘包括安装孔，其适于容纳将RF线圈设在该电介质窗上方的RF线圈安装装置。
9.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该圆锥形内表面在其上包括热喷涂氧化钇涂层。
10.根据权利要求1所述的可更换上部室部分，其特征在于该圆筒是阳极氧化的铝。 
CN2010201665565U 2009-03-27 2010-03-24 可更换的等离子处理设备的上部室部分 Expired - Lifetime CN201820736U (zh)

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