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TW201506978A - 電漿處理室零件之防護塗布層及其使用方法 - Google Patents

電漿處理室零件之防護塗布層及其使用方法 Download PDF

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TW201506978A
TW201506978A TW103135741A TW103135741A TW201506978A TW 201506978 A TW201506978 A TW 201506978A TW 103135741 A TW103135741 A TW 103135741A TW 103135741 A TW103135741 A TW 103135741A TW 201506978 A TW201506978 A TW 201506978A
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plasma
ring
plasma processing
substrate
chamber
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TW103135741A
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巴比 凱德哈得陽
瓊 麥可卻斯尼
艾利克 派博
羅金德 漢沙
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蘭姆研究公司
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Abstract

在電漿腔室中使用塗有可撓式聚合物或彈性體的RF回程搭接片，以保護該RF搭接片免受電漿所生之自由基(如氟或氧自由基)的侵蝕，並提供一種降低電漿處理設備中之微粒污染的半導體基板處理方法。此塗層RF搭接片使微粒的產生減至最少，且相較於無塗層構件呈現較低侵蝕率。在導電可撓基底構件上具有可撓性塗料之如此的塗層構件設有RF接地回程，且用以允許一或多個電極在可調間隙式電容耦合電漿處理腔中移動。

Description

電漿處理室零件之防護塗布層及其使用方法
本發明係關於電漿處理。
【交叉參考之相關申請案】
依照美國法典第35條第119項第(e)款規定，對於西元2008年2月8日所申請，名為『電漿處理室零件之防護塗佈層及其使用方法(A PROTECTIVE COATING FOR A PLASMA PROCESSING CHAMBER PART AND A METHOD OF USE)』之美國暫時專利申請案第61/006,983號，本申請案請求優先權，上述案的內容併入於本文以供參考。
電漿處理設備係用以依下述技術而處理基板，包括蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、離子佈值，與光組去除。一種用於電漿處理的電漿處理設備形式包括含上下電極的反應腔。於二電極之間建立電場，以使處理氣體激發成電漿態而處理反應腔中的基板。
在實施例中，塗層RF回程搭接片包括具有一表面的彎曲金屬搭接片及黏合於該表面的可撓性塗料，此塗料包括聚合物或彈性體，其中該塗料在電漿所生之自由基的周圍環境中提供抗侵蝕性，且保護該金屬搭接片免受自由基侵蝕。
在第二實施例中，提供電漿處理設備，其包括用以電漿處理其中之半導體基板的真空腔，及用於該真空腔中的電漿處理組件。該組件包括以彈 性體結合件而黏合於第二構件的第一構件，及以矽酮為主的彈性體材料，其對電漿所生之自由基具有改善的抗侵蝕性，該以矽酮為主的彈性體材料圍繞彈性體結合件，及使第一構件的配合面與第二構件的配合面之間密封，以保護該彈性體結合件免受電漿所生之自由基的侵蝕。
第三實施例提供一種在電漿處理設備中處理半導體基板的方法，其中基板係置於電漿處理設備之反應腔中的基板支撐物上及上電極組件之下。使處理氣體注入該反應腔中，及由反應腔中的處理氣體在上電極組件與基板之間生成電漿。以該電漿處理此基板，同時塗層RF回程搭接片在暴露於電漿所生之自由基的腔室零件之間傳送RF功率。
在另一實施例中，電漿處理設備中處理半導體基板的方法包括將基板置於第二實施例之電漿處理設備之反應腔中的基板支撐物上。使處理氣體注入該反應腔中，及由反應腔中的處理氣體在上電極組件與基板之間生成電漿，再以該電漿處理此基板。以矽酮為主的彈性體材料於基板之電漿處理期間保護彈性體結合件免受電漿所生之自由基的侵蝕。
100‧‧‧平行板電漿設備
150‧‧‧下電極組件
152‧‧‧上構件
160‧‧‧夾盤
170‧‧‧彈性體結合件
172‧‧‧以矽酮為主的材料
180‧‧‧基板
200‧‧‧電漿處理腔
202‧‧‧腔室殼體
203‧‧‧圓柱形孔
204‧‧‧上腔室壁
205‧‧‧底板
206‧‧‧限制環組件
208‧‧‧限制環升降致動器
210‧‧‧下電極
212‧‧‧夾盤
214‧‧‧基板
215‧‧‧下電極組件
216‧‧‧聚焦環組件
220‧‧‧介電聯結環
222‧‧‧外導體環(接地環)
224‧‧‧上電極
225‧‧‧上電極組件
226‧‧‧阻流板
228‧‧‧頂板
229‧‧‧環狀外延部
230‧‧‧腔室頂端
232‧‧‧電極間隙
233‧‧‧搭接片
234‧‧‧氣體源
235‧‧‧可撓性塗料
236‧‧‧氣體管線
238‧‧‧阻抗匹配網路
240‧‧‧RF電源供應器
244‧‧‧真空泵浦單元
246‧‧‧下可撓式塗層構件
248‧‧‧上可撓式塗層構件
250‧‧‧可撓式塗層構件
252‧‧‧腔室壁襯墊
254‧‧‧水平外延部
256‧‧‧上組件升降致動器
258‧‧‧下組件升降致動器
260‧‧‧軸桿
262‧‧‧伸縮囊
264‧‧‧下導電構件
268‧‧‧外腔室容積
270‧‧‧連接構件
272‧‧‧緊固孔
310‧‧‧熱緣環組件
312‧‧‧彈性體結合件
314‧‧‧以矽酮為主的材料
316‧‧‧以矽酮為主的材料
320‧‧‧上環
328‧‧‧下表面
330‧‧‧中環
332‧‧‧上表面
334‧‧‧下表面
340‧‧‧下環
A‧‧‧箭頭
A'‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
B'‧‧‧箭頭
C‧‧‧箭頭
C'‧‧‧箭頭
圖1顯示含塗層構件之實施例之可調間隙式電容耦合電漿處理腔的示意圖。
圖2係一長條圖，顯示塗有彈性體試片在富含氟電漿中侵蝕率的實驗結果。
圖3係一長條圖，顯示塗有彈性體試片之實施例在富含氧電漿中侵蝕率的實驗結果。
圖4係顯示塗層構件的實施例。
圖5說明塗層構件的實施例。
圖6顯示部分真空處理腔的橫剖面圖，其中以矽酮為主之彈性體材料的實施例圍繞一彈性體結合件，該結合件位於靜電夾持裝置的下表面與下電極的上表面之間。
圖7顯示平行板電漿設備之晶圓邊緣區的橫剖面圖，其中以矽酮為主之彈性體材料的實施例圍繞一彈性體結合件，該結合件位於溫控熱緣環組件中之上熱緣環的下表面與陶瓷中環的上表面之間。
於積體電路的製造期間，為完成可靠的裝置及獲得高良率而必須控制基板(如平面顯示器與半導體晶圓)表面上的微粒污染。處理設備(如電漿處理設備)可能係微粒污染的來源。例如，於微影及蝕刻步驟期間，晶圓表面上微粒的出現會局部地使圖形移轉中斷。因此，這些微粒會在臨界特徵(包括閘極結構、金屬間介電質層或金屬互連線)中引起缺陷，導致積體電路元件的故障或失效。
帶有相對較短生命期的反應器零件通常係指『消耗品』，如矽質電極。假設此可消耗零件的生命期係短暫的，則所費不貲。介電質蝕刻工具中所用的矽質電極組件於大量的RF時數(RF hours，射頻功率用以產生電漿的時間，單位為小時)之後會劣化。消耗品及其它零件的侵蝕將在電漿處理腔中產生微粒污染。由於曝露於處理氣體電漿所產生的高密度自由基(如氟與/或氧自由基)，侵蝕會發生在直接曝露於電漿的零件上，或發生在腔中所侷限的電漿區之外的零件上。
圖1顯示電漿處理設備之可調間隙式電容耦合電漿(capacitively-coupled plasma，CCP)處理腔200的示範實施例。腔室200允許精確地控制電極間隙232，該間隙存於上電極組件225之上電極224的下表面與下電極組件215所支撐之基板214的上表面之間。於晶圓的多步驟處理期間，可多次變化間隙高度以優化晶圓處理條件。
腔室200包括腔室殼體202、安裝於腔室殼體202之頂板228的上電極組件225、安裝於腔室殼體202之底板205的下電極組件215(該下電極組件與上電極組件225之下表面相隔且實質平行)、圍繞間隙232(該間隙介於上電極組件225與下電極組件215之間)的限制環組件206、上腔室壁204，與腔室頂端230(該頂端封閉上電極組件225的頂部)。上電極組件225包括上電極224與一或多個包括氣體通道的阻流板226，該通道用以分配處理氣體進入上電極224與下電極組件215之間所定義的間隙232中。為了簡約起見，上電極組件225顯示具有三個構件。然而，上電極組件225可包括額外的構件。腔室殼體202具有於腔室200中卸載/裝載基板214的閘門(未顯示)。例如，如共同受讓之美國專利第6899109號所描述的，基板214可 經由傳送室(load lock)進入腔室，該案的內容併入於本文以供參考。
在若干示範實施例中，上電極組件225在上下方向上(圖1中的箭頭A與A’)係可調，以調整上下電極組件225/215之間的間隙232。上組件升降致動器256可升降上電極組件225。在圖解中，沿著上腔室壁204之圓柱形孔203可調節定位自腔室頂板228垂直延伸出的環狀外延部229。密封裝置(未顯示)可用以於229/203之間提供真空密封，同時允許上電極組件225相對於上腔室壁204與下電極組件215而移動。上可撓式塗層構件248使上電極組件225與上腔室壁204電氣相連。上可撓式塗層構件248包括導電且可撓的金屬搭接片(圖4中的233)，該搭接片塗有黏合於金屬搭接片233之外表面的可撓性塗料(圖4中的235)。可撓性塗料235藉由使此金屬搭接片免於接觸處理氣體之電漿所產生的活性成分(自由基)，而保護該金屬搭接片不因電漿自由基而劣化。
在一實施例中，可撓式塗層構件248的基本元件係由鈹銅合金(BeCu)所組成的RF搭接片。然而，也可利用其它可撓且導電的材料。在實施例中，可撓性塗料235係由彈性體或聚合物所組成。可撓性塗料235最好係交聯型矽氧烷(cross linked siloxane，矽膠)，其不包括導電填料粒子，如Si、SiC、Al，或相似的粒子。上可撓式塗層構件248於上電極組件225與上腔室壁204之間提供導電回程路徑，以允許上電極組件225在腔室200內垂直地移動。此搭接片包括與彎曲部相連的二平面端。此彎曲部可順應上電極組件225相對於上腔室壁204的移動。取決於如腔室大小的因素，可使複數個(2、4、6、8或10個)RF回程搭接片排列在繞著上電極組件225周圍的間隔位置上。
為了簡約起見，圖1中僅顯示與氣體源234相連的一氣體管線236。額外的氣體管線可與上電極組件225相連，且可經由上腔室壁204的其它部分與/或腔室頂端230而供應氣體。
在其它示範實施例中，下電極組件215可上下移動(圖1中的箭頭B與B’)以調整間隙232，而上電極組件225可為靜止或可動。圖1說明與軸桿260相連的下組件升降致動器258，該軸桿穿過腔室殼體202的底板(底端壁)205延伸至支撐下電極組件215的下導電構件264。依據圖1中所說明的實施例，伸縮囊262形成部分密封裝置，以於軸桿260與腔室殼體202 的底板205之間提供真空密封，同時當下組件升降致動器258升降軸桿260時，允許下電極組件215相對於上腔室壁204與上電極組件225而移動。若有需要，可用其它裝置升降下電極組件215。例如，在共同受讓且同時待審之美國專利申請案第2008/0171444號中，揭露以懸臂梁升降下電極組件215之可調間隙式電容耦合電漿處理腔的另一實施例，該案的內容併入於本文以供參考。
若有需要，可移式下電極組件215以至少一下可撓式塗層構件246而與腔室壁接地，該構件使外導體環(接地環)222與如腔室壁襯墊252的導電零件電氣相連。如參照上文所描述的上可撓式塗層構件248，下可撓式塗層構件246包括導電且可撓的金屬搭接片，及黏合於該可撓金屬搭接片之表面的可撓性塗料。可撓性塗料藉由使此金屬搭接片免於接觸處理氣體之電漿所產生的活性成分(自由基)，而保護該金屬搭接片不因電漿自由基而劣化。下可撓式塗層構件246使外導體環(接地環)222與上腔室壁204電氣相連，且提供電漿之短RF回程路徑，同時允許下電極組件215在腔室200內垂直地移動，如於多步驟處理期間可使間隙設為不同高度。此金屬搭接片最好係如塗有聚合物之BeCu搭接片的可撓導電搭接片。
圖1更顯示限制環組件206的實施例，以限制緊鄰基板214的電漿容積及使與電漿交互作用的表面區減至最小。在實施例中，限制環組件206係與升降致動器208相連，俾使限制環組件206可在垂直方向上(箭頭C-C’)移動，意味著可相對上下電極組件225/215與腔室200手動或自動地升降限制環組件206。吾人不特別限定此限制環組件，且在共同受讓之美國專利第6019060號與美國專利申請案第2006/0027328號中已描述合適之限制環組件206的細節，該二案的內容併入於本文以供參考。
限制環組件206以至少一可撓式塗層構件250而與腔室壁接地，該構件使限制環組件206與如上腔室壁204的導電零件電氣相連。圖1顯示經由水平外延部254所支撐的腔室壁襯墊252。可撓式塗層構件250最好包括複數個金屬搭接片，該複數個搭接片使限制環組件206與上腔室壁204電氣相連而提供短RF回程路徑。如參照上文所描述的上可撓式塗層構件248，塗層RF回程搭接片包括可撓且導電的金屬搭接片，及保護且可撓的塗料。在腔室200內，可撓式塗層構件250可於限制環組件206之各種垂直位置處提供 限制環組件206與上腔室壁204之間的傳導路徑。
在圖1所示的實施例中，下導電構件264係與繞著介電聯結環220的外導體環(接地環)222電氣相連，該聯結環使外導體環222與下電極組件215電性上絕緣。下電極組件215包括夾盤212、聚焦環組件216，與下電極210。然而，下電極組件215可包括裝在部分下電極組件215上或形成部分下電極組件215之額外的構件，如用以升降基板的升降針銷機構、光學感測器，與用以冷卻下電極組件215的冷卻機構。夾盤212於操作期間使基板214固定在下電極組件215之頂表面上的適當位置。夾盤212可為靜電、真空，或機械夾盤。
通常由與下電極210相結合的一或多個RF電源供應器240經阻抗匹配網路238而供應RF功率給下電極210。可供應一或多種頻率的RF功率，例如2MHz、27MHz與60MHz。此RF功率可激發處理氣體以在間隙232中產生電漿。在若干實施例中，上電極224與腔室殼體202電性上皆接地。在其它實施例中，上電極224係與腔室殼體202絕緣，且自RF供應器經阻抗匹配網路供應RF功率給上電極224。
上腔室壁204的底端係與自腔室200中排除氣體的真空泵浦單元244相結合。限制環組件206最好能實質終結間隙232內所形成的電場，且防止該電場穿透外腔室容積268。
吾人可給予間隙232中所注入的處理氣體能量以產生電漿而處理基板214，接著處理氣體通過限制環組件206，最後進入外腔室容積268直至由真空泵浦單元244排出。由於外腔室容積268中的反應腔室零件於操作期間暴露在反應性處理氣體中，故該零件最好係由可耐受處理氣體或具有保護塗料的材料所形成，如不鏽鋼。同樣地，伸縮囊262最好係由可耐受處理氣體化學的材料所形成，如不鏽鋼。
在RF電源供應器240於操作期間供應RF功率至下電極組件215的實施例中，RF電源供應器240經軸桿260將RF能量傳至下電極210。傳至下電極210之RF功率電性上激發間隙232中的處理氣體以產生電漿。
在腔室200中，可撓式塗層構件246/248/250可為RF回程搭接片，以提供如上文所述腔室壁襯墊252或上腔室壁204與外導體環(接地環)222、限制環組件206及/或上電極組件225之間的可靠電氣連接。於晶圓處理期 間，可調整上下電極225/215之間的間隙232，且RF回程搭接片於如此的間隙調整期間遭受彎曲。當相較於含腔室200之上腔室壁204的RF回程路徑時，這些塗層構件產生電漿之替代且較短的RF回程路徑。例如，外導體環222係由導電材料所形成，且藉介電聯結環220而與下電極組件215電性上絕緣。此回程路徑係經由上電極組件225、可撓式塗層構件248、上腔室壁204、可撓式塗層構件246、外導體環222、軸桿260的側壁或遮屏而至匹配網路238。伸縮囊262最好非此回程路徑的一部分。此回程路徑也可通過自下導電構件264延伸至底板(底壁)205的一或多個可撓式塗層構件(圖1中未顯示)；與/或通過自底板(底壁)205延伸至軸桿260的一或多個可撓式塗層構件(圖1中未顯示)。
理想的是，外導體環222藉三至十二個可撓式塗層構件246而與腔室壁襯墊252電氣相連。更理想的是，八個塗有聚合物之RF搭接片使外導體環222與腔室壁襯墊252電氣相連。
當外導體環222在間隙控制期間相對於上腔室壁204而移動以便於晶圓處理或基板裝載/卸載時，可撓式塗層構件246有足夠的撓性以順應此相對運動。可撓式塗層構件246最好係由金屬合金所形成，如半導體等級的鈹銅合金(BeCu)。可撓式塗層構件246上的塗料最好能耐受反應性處理氣體。由於上腔室壁204或腔室壁襯墊252與外導體環222、上電極組件225，或限制環組件206之間的個別相對移動，可撓式塗層構件246/248/250的彎曲部分因而被拉伸或壓縮。可撓式塗層構件246/248/250可具有一或多個彎曲部分以順應間隙調整。
使無塗層的導電可撓金屬搭接片曝露於腔室殼體202中之處理氣體與/或電漿所產生的自由基，會因該可撓搭接片之曝露金屬的腐蝕而引起污染。由於自由基同樣會通過限制環組件206，故電漿所產生的自由基也會侵蝕外腔室容積268中的支撐物與構件。除了因搭接片受侵蝕所造成的微粒與/或金屬污染之外，真空腔室中之無塗層的搭接片需要較排定的腔室保養更頻繁的替換。如導電可撓搭接片之金屬構件(其裸露於電漿所產生之自由基)的聚合物或彈性體塗料能大大地增加該構件生命期，與降低電漿腔室中的不必要微粒與/或金屬污染。
為測試各式塗料，使塗有聚合物與彈性體的試片裸露於電漿腔室(如 電漿蝕刻腔)中之電漿所產生的氟自由基，該電漿蝕刻腔係如Lam Research Corporation(www.lamrc.com)所提供的Lam Research 2300 ExelanTM Flex電漿處理系統。這些實驗的結果顯示於圖2中的長條圖，及呈現於表1中。為測試對氧自由基的抗性，以如裸露於氟自由基之試片所描述的相似方式，而使試片上的聚合物與彈性體塗料裸露於電漿所產生的氧自由基。這些氧自由基之實驗結果顯示於圖3中的長條圖，及呈現於表1中。
當測試試片上的彈性體與聚合物塗料與處理氣體之電漿所產生的活性物種(自由基)接觸時，該等試片便受侵蝕。圖2顯示在曝露於含氟(F)自由基之電漿後所測得之單位為微米/仟小時(μm/1000hr)的平均侵蝕率。樣品1-10的塗料包括含氟彈性體。這些含氟彈性體展現自約27μm/1000hr(樣品7，PTFE)至約64μm/1000hr(樣品10，填充有機物的全氟彈性體)不等的F自由基侵蝕率。樣品11係雙組份環氧類樹脂，其相較於全氟彈性 體對氟自由基化學劑係展現大幅改善的抗侵蝕性(約16μm/1000hr)。令人驚訝的是，相較於其它受測樣品中任一者，由矽酮類材料所組成的樣品12與13對氟自由基展現極優的抗侵蝕性。雙組份未填充矽酮樣品展現約7μm/1000hr的平均侵蝕率，及填充矽酮樣品展現約9μm/1000hr的平均侵蝕率。
圖3顯示在塗有彈性體與聚合物之試片曝露於含氧(O)自由基的電漿後，所測得之單位為μm/1000hr的平均侵蝕率。在此環境中，含氟彈性體展現自約1.2μm/1000hr(樣品5，Sifel 614M)至約16μrn/1000hr(樣品9，填充矽酸鹽的全氟彈性體)不等的侵蝕率。相較於其它受測樣品中任一者，樣品11(雙組份環氧類樹脂)在曝露於氧自由基時展現顯著的受侵蝕，其中侵蝕率約為50μm/1000hr。令人驚訝的是，相較於其它受測樣品中任一者，由雙組份未填充矽酮材料所組成的樣品12對氧自由基展現極優的抗侵蝕性。此雙組份未填充矽酮樣品展現約1.1μm/1000hr的平均侵蝕率。
如表1及圖2與3中之結果所示，矽酮塗料在氟與氧自由基兩者的環境中展現大幅優於其它受測材料的抗侵蝕性。暴露於富含氟之電漿的Rhodorsil V217TM矽酮相較於其它受測材料類型具有非常低的受侵蝕性，其中次抗侵蝕之材料類型具有近乎2倍於Rhodorsil V217TM的平均侵蝕率。如圖3所示，以矽酮為主的材料在富含氧之電漿中也具有非常低的侵蝕率。由於許多受測材料類型僅在單一環境中表現亮眼，故此結果也令人訝異。
可撓式塗層構件246/248/250通常在腔室之受限的電漿區之外，但在若干處理條件下，高密度的氟與氧自由基可存在受限的電漿區之外。在處理腔室之真空環境中，可撓式塗層構件246/248/250之曝露基底金屬(如BeCu)會產生已處理之基板的金屬污染。因此，可撓式塗層構件246/248/250上的塗料最好係有彈性，俾使其在曝露於富含氟與氧的自由基化學劑時經得住彎曲，以提供可撓式塗層構件246/248/250之顯著的改善生命期。
圖4係顯示下可撓式塗層構件246的實施例。暴露於自由基環境之導電且可撓之金屬搭接片233的表面塗有作為可撓性塗料235的矽酮彈性體材料。
為塗敷可撓式構件，在塗敷塗料之前最好先清洗可撓搭接片233。例如，用沙磨法使BeCu可撓金屬搭接片的表面粗糙化，漆上與待塗之塗料相 容的底漆，接著待底漆乾後以浸塗法(dip coated)或噴塗法(spray coated)塗上矽酮彈性體材料。然而，若有需要，此表面可直接塗上矽酮彈性體材料，換言之，不需底漆。最好用任何適當的技術固化此塗料。例如，可對此塗料加熱或使其經歷其它固化方法而固化矽酮材料。
在實施例中，彈性體或聚合物材料為可撓導電金屬構件提供可撓性塗料，以黏著該金屬構件之表面且保護該金屬構件不受處理氣體之自由基的侵蝕。此塗料最好係原處固化的彈性體或聚合物，該彈性體或聚合物對真空環境中的自由基有抗侵蝕性，及對如200℃以上的高溫有抗劣化性。可用於160℃以上之電漿環境中的聚合物材料包括聚醯亞胺(polyimide)、聚酮(polyketone)、聚醚酮(polyetherketone)、聚醚碸(polyether sulfone)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、氟乙烯丙烯共聚合物(fluoroethylene propylene copolymers)、織維素(cellulose)、三乙酸酯.(triacetates)、矽酮，與橡膠。
更理想的是，此塗料係原地室溫硫化(room temperature vulcanized，RTV)的未填充矽酮，其具有合適的固化前與固化後特性，如黏著強度、彈性模量、侵蝕率、耐熱性等等。例如，原地可固化的矽酮係使用鉑、過氧化物或加熱的雙組份或單組份固化樹脂。理想的是，此矽酮彈性體材料包括帶有甲基的Si-O主鏈(矽氧烷)。然而，也可使用碳或碳-氟主鏈。更理想的是，此矽酮材料可原地固化，用以保護可形成未填充且交聯矽酮橡膠的基本成份。特選的彈性體係聚二甲基矽氧烷，其包括以觸媒固化(catalyst cured)的彈性體，例如Rhodia所提供之以Pt固化的彈性體(如Rhodorsil V217TM)，該彈性體在溫度高於250℃時都很穩定。
圖5說明在可調間隙式電容耦合電漿處理腔200中，可撓且導電塗層構件246使外導體環222與導電腔室壁襯墊252電氣相連的實施例。圖5顯示如不鏽鋼、銅、鋁或鍍金之金屬塊的導電連接構件270，該構件適合與導電且可撓金屬搭接片233在無塗層區電氣相連(參照圖4)。可撓式塗層構件246可為0.002至0.020英吋厚、0.25至1英吋寬，及2至10英吋長。可撓性聚合物或彈性體塗料235完全地保護與連接構件270相連的可撓金屬搭接片233不受自由基的侵蝕。一連接構件270係平面區段，其一側與腔室壁襯墊252相連而另一側與可撓式塗層構件246的第一端相連。可撓式塗層構件 246的第二端係平面區段，其與連接外導體環222之另一連接構件270相連。可在連接構件270中設置緊固孔272，以接受如螺釘、鉚釘、針銷等等的緊固物而完成連接。為保護緊固物不暴露於氧與/或氟自由基中，此緊固物之裸露的表面上也可塗有塗料。
參照圖1，經由上電極組件225使處理氣體注入間隙232，該上電極組件可包括一或多個阻流板，俾使處理氣體以噴淋頭效果流入間隙232中。在間隙232中，激發此處理氣體以產生電漿而處理下電極組件215之頂支撐面上所放置的基板214。例如，可用處理氣體而電漿蝕刻基板214。
間隙232(其與基板214之中央軸心共軸)與上腔室壁204相隔含限制環組件206之區，且包括外腔室容積268及腔室壁襯墊252。當限制環升降致動器208運作時，限制環組件206往下移動或當下電極組件215向上移動時，限制環組件206的底環將與外導體環222的凸肩接觸。限制環組件206的環最好係由具有高導電率的材料所形成，如矽或碳化矽，該等材料具有約2000Ω-cm的高導電率，且能夠經得住間隙232中之電漿的嚴峻操作環境。這些環可由其它合適的導電材料所形成，如鋁或石墨。限制環升降致動器208的支柱可由金屬所形成。
限制環組件206有助於使電漿局限在上下電極組件(225及215)與環所圍繞的空間，同時允許間隙232中的中性氣體成份以大致水平的方向通過限制環組件206中的間隙。接著，中性氣體成份流進腔室壁204之內面所圍繞的外腔室容積268。以腔室壁204之底端所附著的真空泵浦單元244控制外腔室容積268中的壓力。同樣地，限制環組件206將外腔室容積268與間隙或電漿激發區232隔開。一般而言，間隙區232的容積係小於外腔室容積268的容積。因為間隙232中的電漿直接影響基板214的蝕刻率，限制環組件206在不需對腔室硬體進行主實體改造下，能夠進行間隙232整體區域的小容積壓力控制與電漿侷限。而且，由於間隙232係小容積，故可快速且精確地控制電漿條件。
在上電極組件225與下電極組件215的重複使用中，電漿會侵蝕面對電漿的電極表面。可調整間隙232以補償下電極210與上電極224的磨損，俾維持處理的重複性，從而延長電極的生命期及降低消耗品成本。
圖6顯示依據一實施例之平行板電漿設備100之基板(晶圓)邊緣區的 橫剖面圖，該設備具有接合夾盤160與下電極組件150的彈性體結合件170。夾盤160具有適合承受用於電漿處理之基板180的上表面。以彈性體結合件170使該夾盤的下表面黏合於下電極組件150的上表面。美國專利第6073577號已描述合適彈性體的細節，該案的內容併入於本文以供參考。下電極組件150可選擇性地包括上構件152。彈性體結合件170易受電漿所生之自由基(如氧或氟自由基)的侵蝕。以矽酮為主的材料172(其在電漿所生之自由基的環境下具有改善的抗侵蝕性)適合圍繞彈性體結合件170及使下電極組件150的上表面與夾盤160的下表面之間密封。以矽酮為主的材料172最好係原處固化、未填充且交聯的矽酮橡膠。特選的彈性體係聚二甲基矽氧烷，其包括以觸媒固化的彈性體，例如Rhodia所提供之以Pt固化的彈性體(如Rhodorsil V217TM)，該彈性體在溫度高於250℃時都很穩定。
圖7顯示依據另一實施例之溫控的熱緣環組件(hot edge ring assembly)310，該組件適合圍住基板支撐物。熱緣環組件310包括上環320、陶瓷的中環330，與導電的下環340。中環330具有上表面332與下表面334，其中中環330的下表面334經由下環340而與下電極組件150的射頻(RF)電極熱結合。吾人可在共同持有之美國專利第7244336號中發現如此熱緣環組件310的細節，該案的內容併入於本文以供參考。
上環320最好係由傳熱且導電材料所製，如矽、碳(如石墨)、碳化矽等等。如圖7所示，最好以傳熱的彈性體使上環320的下表面328黏合於中環330的上表面332。依據實施例，以矽酮為主的材料314及316(其在電漿所生之自由基的環境下具有改善的抗侵蝕性)適合圍繞彈性體結合件312及使中環330的上表面332與上環320的下表面328之間密封。
如上述之圍繞且保護彈性體結合件之矽酮材料O形環的實施例係可輕易地替換。此O形環具有符合且密封住構件之間間隙的橫剖面形狀，或具有圓形橫剖面。此矽酮材料O形環可在適當的位置上形成，或先形成再嵌入凹槽中。
雖然已參照本文中數個具體實施例而詳述本發明，對於熟悉本技藝者，明顯的是，在不離開附加之權利請求項的範圍內，當可做各式變更、修正，及所運用的等價動作。
200‧‧‧電漿處理腔
202‧‧‧腔室殼體
203‧‧‧圓柱形孔
204‧‧‧上腔室壁
205‧‧‧底板
206‧‧‧限制環組件
208‧‧‧限制環升降致動器
210‧‧‧下電極
212‧‧‧夾盤
214‧‧‧基板
215‧‧‧下電極組件
216‧‧‧聚焦環組件
220‧‧‧介電聯結環
222‧‧‧外導體環(接地環)
224‧‧‧上電極
225‧‧‧上電極組件
226‧‧‧阻流板
228‧‧‧頂板
229‧‧‧環狀外延部
230‧‧‧腔室頂端
232‧‧‧電極間隙
234‧‧‧氣體源
236‧‧‧氣體管線
238‧‧‧阻抗匹配網路
240‧‧‧RF電源供應器
244‧‧‧真空泵浦單元
246‧‧‧下可撓式塗層構件
248‧‧‧上可撓式塗層構件
250‧‧‧可撓式塗層構件
252‧‧‧腔室壁襯墊
254‧‧‧水平外延部
256‧‧‧上組件升降致動器
258‧‧‧下組件升降致動器
260‧‧‧軸桿
262‧‧‧伸縮囊
264‧‧‧下導電構件
268‧‧‧外腔室容積
A‧‧‧箭頭
A'‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
B'‧‧‧箭頭

Claims (8)

  1. 一種電漿處理設備，包括：一真空腔，用以電漿處理其中的一半導體基板；及一電漿處理組件，用於該真空腔中，包括以一彈性體結合件而黏合於一第二構件的一第一構件，及對電漿所生之自由基具有改善抗侵蝕性之一以矽酮為主的彈性體材料，該以矽酮為主的彈性體材料圍繞該彈性體結合件，及使該第一構件的一配合面與該第二構件的一配合面之間密封，以保護該彈性體結合件不受電漿所生之自由基的侵蝕。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，其中：該電漿處理組件包括一溫控熱緣環組件，圍繞著坐落於該真空腔之下部的一基板支撐物；該第一構件包括在一下環之上的一陶瓷中環，該中環經由該下環連接該基板支撐物中所併入的一RF電極；該第二構件包括該中環之上的一上環，其中該上環具有曝露於該真空腔之內部的一上表面，及經由該彈性體結合件而黏合於該中環之一上表面的一下表面；及該以矽酮為主的彈性體材料圍繞該彈性體結合件，及使該中環的該上表面與該上環的該下表面之間密封，以保護該彈性體結合件不受電漿所生之自由基的侵蝕。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，其中：該電漿處理組件包括坐落於該真空腔之下部的一基板支撐物；該第一構件包括與一射頻(RF)電源供應器結合的一下電極組件；該第二構件包括坐落於該下電極組件之一上表面上的一靜電夾持構件，該靜電夾持構件具有承受一基板的一上表面，及藉由該彈性體結合件而黏合於該下電極組件之該上表面的一下表面；及該以矽酮為主的彈性體材料圍繞著該彈性體結合件，及使該下電極的該上表面與該靜電夾持構件的該下表面之間密封，以保護該彈性體結合件不受電漿所生之自由基的侵蝕。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理設備，其中該以矽酮為主的彈性體材料係O型環狀。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理設備，其中該O型環狀之以矽酮為主的彈性體材料具有多邊形橫剖面形狀。
  6. 一種在一電漿處理設備中處理一半導體基板的方法，該方法包括：使基板置於如申請專利範圍第1項之電漿處理設備之一反應腔中的一基板支撐物上；使一處理氣體注入該反應腔中；在一上電極組件與該基板之間，由該反應腔中的該處理氣體生成一電漿；及以該電漿處理該基板。
  7. 如申請專利範圍第6項之在一電漿處理設備中處理一半導體基板的方法，其中該處理包括蝕刻該基板。
  8. 如申請專利範圍第6項之在一電漿處理設備中處理一半導體基板的方法，其中該處理包括使用含氟自由基之電漿的第一步驟，與使用含氧自由基之電漿的第二步驟。
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