CN101006563A - 用于优化等离子体室上部块的装置 - Google Patents

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Abstract

描述了用于处理基板的等离子体处理系统。该等离子体处理系统包括下部块，其包括用于保持基板的卡盘。等离子体处理系统还包括感应线圈，被配置为生成电磁场，以生成用于处理基板的等离子体；以及优化的上部块，连接到下部块，该上部块还配置有加热和冷却系统。其中，通过优化的上部块基本上避免了电磁场对加热和冷却系统的影响，并且基本上可以由单人来操作优化的上部块。

Description

用于优化等离子体室上部块的装置
背景技术
总的来说，本发明涉及一种基板制造技术，具体地，涉及一种用于优化等离子体室上部块(top piece)的装置。
在诸如使用在平板显示器制造中的基板(例如半导体基板或玻璃面板)的处理中，经常使用等离子体。例如，作为基板处理的一部分，将基板分成多个管芯(die)或矩形区域，每个管芯或矩形区域都将成为集成电路。接着，通过一系列步骤处理基板，其中选择性地去除(蚀刻)并沉积材料，从而在其上形成电子部件。
在示例性的等离子体工艺中，在蚀刻之前，用硬化的感光乳剂薄膜(即，例如，光刻胶掩模)涂覆基板。然后，选择性地去除硬化的感光乳剂区域，使得露出底层部件。然后，将基板放置在基板支撑结构上的等离子体处理室中，该基板支撑结构(称为卡盘或底座)包括单极电极或双极电极。随后，适当的蚀刻源流入室中并被撞击以形成等离子体，来蚀刻基板的暴露区域。
现在参照图1，示出了感应耦合等离子体处理系统部件的简图。一般地，等离子体室(室)102包括下部块150、上部块144和上部块盖152。一组适当的气体从气体分配系统122流入室102中。这些等离子体处理气体可随后被电离以形成等离子体110，以便处理(例如，蚀刻或沉积)基板114(例如，用边缘环(edge ring)115定位在静电卡盘(卡盘)116上的半导体基板或玻璃平板)的暴露区域。气体分配系统122通常由包括等离子体处理气体(例如，C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、HBr、CH3F、C2F4、N2，O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2、WF6等)的压缩气筒124a至124f组成。
感应线圈131通过介电窗(dielectric window)104与等离子体分隔，并且通常在等离子体处理气体中感应出随时间变化的电流，以产生等离子体110。该窗既保护感应线圈免受等离子体110的影响，又可以使产生的RF场在等离子体处理室内产生感应电流111。匹配网络132除了与感应线圈131连接以外，还可与RF发生器134连接。匹配网络132试图将通常运行于13.56MHz及50ohms的RF发生器134的阻抗与等离子体110的阻抗相匹配。另外，第二RF能量源138还可以通过匹配网络136连接到基板114，以通过等离子体产生偏压，以及引导等离子体离开等离子体处理系统内的构造并将其引导至基板。
通常，一些类型的冷却系统140连接至卡盘116，以实现等离子体被点火(ignite)时的热平衡。该冷却系统本身通常由通过卡盘中的空腔抽吸冷却剂的冷却器、以及在卡盘和基板之间被抽吸的氦气组成。除了除去生成的热量之外，氦气还使冷却系统快速地控制散热。即，连续增加的氦气压力随后也增加了传热速率。大部分等离子体处理系统还被包括运行软件程序的复杂计算机所控制。在典型的运行环境中，通常为特定等离子体处理系统和特定方法配置制造工艺参数(例如，电压、气流混合、气体流速、压力等)。
另外，可操作加热和冷却板146，以控制等离子体处理装置102的上部块144的温度，从而使在操作期间暴露给等离子体的上部块144的内表面保持在受控的温度。通过多个不同材料的层来形成加热和冷却板146以提供加热和冷却操作。
上部块自身通常由耐等离子体(plasma resistant)材料(例如，铝、陶瓷等)构成，这些材料将接地或者被等离子体处理系统内产生的RF场穿过。然而，大多数上部块设计用于优化室自身内部的操作性能，而未优化诸如人机工程安全性或一般热性能的其他考虑。
例如，现有的2300等离子体蚀刻室的上部是重约75lbs的单片铝，使它基本上在移动、安装、和清洗期间难以处理。它通常需要至少两个工人使用一些类型的起重装置(即，绞盘等)来安全地从等离子体处理系统去除上部块。
历史上，由于上部块的相关制造成本只是整个系统成本中相对较小的一部分，因此没有动力以更少量的材料重新设计使其更轻。然而，对工人安全以及减少工人受伤和随后的工人赔偿要求的关注逐渐增加。即，由于等离子体处理系统已经变得更加复杂，许多基板制造能使用较少的熟练工人以节省成本，这就增加了事故伤害的可能性。
例如，Safety Guidelines For Ergonomics Engineering OfSemiconductor Manufacturing Equipment(SEMI S8-0701)和Environmental，Health，And Safety Guideline For SemiconductorManufacturing Equipment(SEMI S2-0302)讨论了在等离子体处理系统中消除或减少人机工程危险的设计原理，其结合于此作为参考。
具体地，应该在设计中避免人机工程的危险，或将危害减小到可行的最大程度。每当系统设计或安装造成超过培训人员的信息处理和/或体力能力的任务命令(例如，操作上部块)时，存在人机工程危险。具体地，应该将装置设计为适合90％用户(例如，在使用的国家或地区中从5％的女性到95％的男性)的身体特点。
由于上部块相对较重的重量使得难以操作上部块，因此预防性维修也是一个问题，因此在预定维护期间的有效清洗成为问题。由于在上部块上存在限制可用清洗技术类型的塑料和不锈材料，进一步加大了清洗难度。即，尽管特定的清洗化学物品可以有效地从上部块清除残留物，但是相同的化学物品还会充分破坏塑料材料或不锈钢。
另外，由于必须将上部块和下部块完全对准以使一组垫圈完全密封在上部块周围，因此通常难以在维护后使上部块正确复位。轻微的未对准将会妨碍合适的配合，需要工人尝试将较重的上部块轻推到位置上。
上部块中材料的体积(volume)还倾向于在等离子体处理系统中添加物质的热质量(thermal mass)。热质量是指有能力长时间存储热能量的材料。通常地，等离子体工艺往往对温度变化非常敏感。例如，在安装的工艺窗之外的温度变化能够直接影响在基板表面上的诸如聚氟碳的聚合物膜的蚀刻速率或沉积速率。由于许多等离子体处理方法还可能需要温度变化为度C的十分之一左右，因此在基板之间的温度再现性通常很重要。由此，经常加热或冷却上部块，以将等离子体工艺基本保持在确定的参数内。
当等离子被点火时，基板吸收热能，热能随后被测量然后通过冷却系统去除。然而，由于上部块具有相对大的热质量，因此冷却系统的温度修正可能与上部块中的温度变化不同步。随后，热流变化可能使基板温度在精密方法参数之外变化。
另外，如图1所示，加热和冷却板146的位置可干扰电磁场142。当将高频功率从RF功率发生器134施加给线圈131时，产生电磁场，其随后生成用于产生并保持等离子体的感应电流111。尽管无需均匀，但加热和冷却板146可能干扰电磁场，并且随后影响等离子体110的均匀性。即，产生的电场可能发射失真，其可导致基本不均匀的等离子体密度穿过基板，潜在地影响生产。
随着对基板上高电路密度需求的持续增加，这种情情况就更加严重。例如，在等离子体蚀刻工艺中，如果没有适当地优化等离子体，则可能出现刻面。刻面是基板上的非线性轮廓特征，例如，具有沟槽侧壁。低等离子体密度的区域可能没有从基板上去除足够量的材料，从而减少了沟槽或通孔的尺寸。类似地，高等离子体密度的区域可能从基板中去除过多量的材料，从而产生凹陷底切(cavernous undercut)
鉴于上述问题，期望用于在等离子体处理系统中优化工艺模型的方法和装置。
发明内容
在一个实施例中，本发明涉及一种在等离子体处理系统中处理基板的装置。等离子体处理系统包括：下部块，包括用于保持基板的卡盘。等离子体处理系统还包括感应线圈，被配置为生成电磁场，以产生用于处理基板的等离子体；以及优化的上部块，连接到下部块，上部块还配置有加热和冷却系统。其中，通过优化的上部块使加热和冷却系统基本上免受电磁场干扰，并且基本上可由单人来处理优化的上部块。
下面，将通过本发明的详细描述并结合附图，更详细地描述本发明的这些和其他特征。
附图说明
参考实例示出本发明，而并未限制本发明，在附图中，相同的标号表示相同的元件，其中：
图1示出了等离子体处理系统的简图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的具有优化的上部块的等离子体处理系统的简图；以及
图3A和图3B示出了根据本发明的一个实施例的优化的上部块的简图。
具体实施方式
现在，将参考附图中所示的本发明的几个优选实施例详细描述本发明。在以下的描述中，为了提供对本发明的透彻理解，将阐述多个具体细节。然而，本领域的技术人员应该明白，没有这些具体细节的一些或全部也可实施本发明。在其它情况下，为了避免对本发明造成不必要的混淆，没有详细描述众所周知的工艺步骤和/或结构。
虽然不希望被理论束缚，但发明人相信，优化的上部块可充分优化人机工程安全以及等离子体工艺操作特性。
在一个实施例中，优化的上部块包括比现有未优化的上部块少大约80％的重量。
在另一个实施例中，优化的上部块包括比现有未优化的上部块少大约80％的热容量。
在另一个实施例中，优化的上部块保护RF场免受加热和冷却板的影响。
在另一个实施例中，优化的上部块包括轻重量、硬阳极化的铝气缸，其具有用于安装工艺保持硬件(RF输入线圈、对准部件、温度控制硬件等)、密封真空、以及将电流导出优化的上部块的特征。
在另一个实施例中，优化的上部块包括一组包括o形环的顶部和底部真空密封件。
在另一个实施例中，优化的上部块包括金属弹簧垫圈，其基本上适合凹槽并接触下部块上裸露的金属条，以用于导电。
在另一个实施中，优化的上部块的内部形状基本上与未优化的上部块的内部形状相匹配，从而使电、气流、和等离子体密封特性基本相同。
在另一个实施中，上部块基本上不包括塑料或不锈钢。
在另一个实施中，上部块符合对于个人处理部分的SEMI人机工程安全标准。
现在，参照图2，根据本发明的一个实施例，示出具有优化的上部块的感应耦合等离子体处理系统的简图。通常地，等离子体室(室)202包括下部块250和上部块盖252。然而，为了优化人机工程安全性和等离子体处理的操作特性，已经以不明显的方式用优化的上部块244替代了如图1所示的上部块144。
上部块自身通常由耐等离子体材料(例如，铝、陶瓷等)构成，这些材料将接地或者被等离子体处理系统内产生的RF场穿过。然而，大多数上部块设计并未对人机工程安全性或一般热性能进行优化。
历史上，由于上部块的相关制造成本只是整个系统成本中相对较小的一部分，因此没有动力优化上部块的重量。然而，随着工业领域正试图减少工人伤害和伤害相关的成本，逐渐增加了对工人安全的关注。具体地，由于等离子体处理系统已经变得更加复杂，许多基板制造能使用较少的熟练工人以节省成本，这就增加了事故伤害的可能性。如前所述，每当系统设计或安装导致了超过培训人员的信息处理和/或身体能力的任务命令(例如，操作上部块)时，存在人机工程危险。
然而，在本发明中，优化的上部块可比现有未优化的上部块轻大约80％，充分符合用于个人处理部分(例如，移动、起重、和清洗等)的SEMI人机工程安全标准。另外，由于单个工人能够不使用起重装置(即，绞盘等)而容易地操作优化的上部块，方便了适当的清洗，因此也充分简化了预防性维护。另外，由于上部块可以容易地与下部块对准以使一组垫圈在上部块周围完全密封，因此也充分简化了在维护之后正确地复位上部块。
本发明还可具有比现有未优化的上部块少大约80％的热质量。如前所述，上部块中材料的体积还倾向于在等离子体处理系统中添加物质的热质量。由于许多等离子体处理方法还可能需要温度变化为度C的十分之一左右，因此在基板之间的温度重复性通常很重要。为此，经常加热或冷却上部块，以将等离子体工艺基本保持在确定的参数内。与未优化的上部块不同，优化的上部块具有相对较小的热质量，从而通过冷却系统的温度修正可基本上同步。
一组适当的气体从气体分配系统222流入室202中。为了处理(例如，蚀刻或沉积)通过边缘环215使其位于静电卡盘(卡盘)216上的基板224(例如，半导体基板或玻璃面板)的露出区域，随后可以电离这些等离子体处理气体，以形成等离子体220。气体分配系统222通常由包括等离子体处理气体(例如，C4F8、C4F6，CHF3、CH2F3、CF4、HBr、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2、WF6等)的压缩气筒(未示出)组成。
感应线圈231通过电介质窗204与等离子体分开，并且通常在等离子体处理气体中感应出随时间变化的电流，以产生等离子体220。该窗既保护感应线圈免受等离子体220的影响，又可以使产生的RF场242透入等离子体处理室。匹配网络232除了与感应线圈231连接以外，还可与RF发生器234连接。匹配网络232试图将通常运行于13.56MHz及50ohms的RF发生器234的阻抗与等离子体220的阻抗相匹配。另外，第二RF能量源238还可以通过匹配网络236连接到基板224，以通过等离子体产生偏压，以及引导等离子体离开等离子体处理系统内的构造并将其引导至基板。
通常，一些类型的冷却系统240连接至卡盘216，以实现等离子体被点火时的热平衡。该冷却系统本身通常由通过卡盘中的空腔抽吸冷却剂的冷却器、以及在卡盘和基板之间被抽吸的氦气组成。除了除去生成的热量之外，氦气还使冷却系统快速地控制散热。即，连续增加的氦气压力随后也增加了传热速率。大部分等离子体处理系统还被包括运行软件程序的复杂计算机所控制。在典型的运行环境中，通常为特定等离子体处理系统和特定方法配置制造工艺参数(例如，电压、气流混合、气体流速、压力等)。
另外，可操作加热和冷却板246或其他工艺相关硬件，以控制上部块244的温度或等离子体处理装置202的工艺条件，使得在操作期间暴露给离子体的优化的上部块244的内表面保持在受控温度。然而，与未优化的上部块不同，通过优化的上部块来定位加热和冷却板246或其他工艺相关硬件，使其免受电磁场242的影响。
如前描述，当将高频功率从RF功率发生器234施加给线圈231时，产生电磁场242，其随后生成用于产生并保持等离子体的感应电流211。由于优化的上部块244保护电磁场242免受加热和冷却板246或其他工艺相关硬件的影响，因此可以更好地优化产生的电磁场242，因此可更好地优化等离子体220的均匀性。即，产生的电场可有更少的失真，这将使得更佳的均匀等离子体密度穿过基板，潜在地改进了生产(例如，减少刻面等)。
现在，参照图3A，示出了根据本发明一个实施例的优化的上部块244的简图。部分302表示未优化的上部块质量的大约80％，并且对于工艺不是重要的。由于仅修改了外表面，因此内部形状304基本上与未优化的上部块的电、气流和等离子体密封特性相匹配。
现在，参照图3B，示出了根据本发明一个实施例的优化的上部块244的简图。为了使部件成本和清洗溶液污染最小化，安装位置312允许在清洗期间可去除对准托架的连接。一组手柄313直接集成在上部块中，并提供从其抬起并处理上部块的特定点，以最小化操作者与室的工艺敏感区的接触。另外，一组对准孔314允许RF线圈直接对准并安装到室。
尽管已经根据多个优选实施例描述了本发明，但是存在落入本发明范围内的变化、改变、和等同替换。例如，尽管已经结合Lam研究公司的等离子体处理系统(例如，ExelanTM、ExelanTM HP、ExelanTM HPT、2300TM、VersysTM Star等)描述了本发明，但也可使用其他等离子体处理系统。本发明还可以使用各种直径(例如，200mm、300mm等)的基板。此外，可以使用除铝之外的其他材料(例如，陶瓷)。
本发明的优点包括优化的等离子体室上部块的装置。其他优点可包括人机工程安全和等离子体工艺操作特性的优化。
已经公开了示例性实施例和最佳模式，但可对所公开的实施例做出的更改和改变，仍然保持在由所附权利要求限定的本发明的主题和精神的范围内。

Claims (13)

1.一种用于处理基板的等离子体处理系统，包括：
下部块，包括用于保持所述基板的卡盘；
感应线圈，被配置为产生电磁场，以生成用于处理所述基板的等离子体；以及
优化的上部块，连接到所述下部块，所述上部块还配置有加热和冷却系统；
其中，通过所述优化的上部块基本避免了所述电磁场对所述加热和冷却系统的影响，并且基本上可由单人操作所述优化的上部块。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块基本符合用于由所述个人操作部分的一组SEMI人机工程安全标准。
 3.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块的重量比未优化的上部块的重量少大约80％。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述单人可以不使用起重装置而容易地操作所述优化的上部块。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块由铝组成。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块由陶瓷组成。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块不包括塑料。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块包括暴露给所述等离子体的内表面，所述优化的上部块的所述内表面与未优化的上部块的内表面基本相同。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块包括一组集成手柄。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述优化的上部块包括一组对准孔。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述基板包括晶片。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述基板包括玻璃面板。
13.一种用于处理基板的等离子体处理系统，包括：
下部块，包括用于保持所述基板的卡盘；
感应线圈，被配置为产生电磁场，以生成用于处理所述基板的等离子体；以及
优化的上部块，连接到所述下部块，所述上部块还配置有加热和冷却系统；
其中，通过所述优化的上部块基本避免了所述电磁场对所述加热和冷却系统的影响，并且所述优化的上部块基本符合用于由个人操作部分的一组SEMI人机工程安全标准。
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