CN101207014A - 防止处理腔室暴露于等离子体的端口处电弧的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于防止在等离子体腔室的暴露于等离子体的端口电弧的方法和装置，应用电路元件致使门密封端口在等离子体的激发频率提供短路路径。在一个实施方式中，该门是狭口阀门，其密封刻蚀腔室的衬底传输端口。
Description
技术领域
本发明实施方式主要涉及半导体工业中制造集成电路使用的等离子体处理腔室，尤其是，涉及用于防止等离子体处理腔室内电弧或不期望的等离子体辉光的方法和装置。
背景技术
在制造集成电路(IC)中，应用等离子体腔室，诸如等离子体刻蚀腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室、反应离子刻蚀(RIE)腔室、电子回旋共振(ECR)腔室等执行诸多处理步骤。在所述腔室中等离子体引发的电弧是一种有害影响产量，并尤其，造成微粒污染和所制造的部件和IC器件的不均匀性的现象。
易于发生等离子体引发的电弧或等离子体辉光的一个特定区域是与用于密封衬底传输端口相邻的狭口阀门的区域。具体地，通常在靠近衬底传输端口观察到等离子体电弧，尤其是，在各个腔室中衬底的等离子体处理期间在用于密封所述端口的门上。一般地，在这些区域中等离子体电弧的强度随着等离子体的激发频率而增加。
除非在等离子体的激发频率等离子体由表现短路的表面包围，电弧可能在等离子体和处理腔室的所述内表面之间发生。虽然处理腔室的许多组件可利用，例如，多点接地技术充分良好接地，但防止在或接近狭口阀门处等离子体形成仍然存在困难。
因此，需要改进在腔室端口防止不期望的等离子体形成。
发明内容
本发明提供了一种用于防止在等离子体处理腔室的暴露于等离子体的端口处电弧的方法和装置。在一个特定的实施方式中，该端口是腔室的衬底传输端口。
本发明的一个方面是一种用于制造狭口阀门的方法。在一个实施方式中，该方法包括制造门，其中数个面板是使用一个或多个电路元件电耦合在一起，在等离子体的激发频率时，该面板使门提供短路。在另一实施方式中，电路元件设置在门的致动器的部件中。
本发明的另一方面是使用该方法制造的狭口阀门。该门可用于等离子体腔室中以靠近衬底传输端口和门自身处抑制等离子体引发的电弧。
本发明的再一方面是一种用于在衬底上制造集成电路的等离子体处理腔室。该处理腔室包括衬底传输端口，在等离子体处理腔室期间，该衬底传输端口利用本发明的门组件选择性密封。
在再一实施方式中，提供一种处理腔室，其具有通过电路耦接地的组件，该电路具有影响处理腔室内的等离子体形状和/或位置的所选电感。在一个实施方式中，该组件可以是狭口阀门。因此，等离子体将受该门影响以关于衬底支架校正或重新配置的等离子体，从而补偿腔室的其他电学或导电(抽吸)不对称性。
附图说明
因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施例对以上简要所述的本发明进行更具体描述。然而，应该注意，附图中只示出了本发明典型的实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，本发明可以允许其他等同的有效实施例。
图1是高级别的等离子体腔室的示意图，该等离子体腔室包括具有根据本发明的一个实施方式的狭口阀门的处理腔室；
图2A-2E是图1的狭口阀门的示例性实施方式的横截面视图；
图3A-3C是图2A-2E中所示的狭口阀门的等效电路图；以及
图4是说明根据本发明的实施方式用于防止在等离子体腔室的暴露于等离子体的端口电弧的方法的流程图。
为了便于理解，尽可能用于相同的附图标记来指示各图中共同的元件，除添加下标，在适当时区分所述元件外。为示例性目标各图中的图像是简化的并不按比例绘制。预期一个实施方式的部件或步骤可有效地结合在其他实施方式中而不进一步叙述。
具体实施方式
图1是高级别的等离子体反应器100的示意图，该等离子体反应器包括具有根据本发明的一个实施方式的狭口阀门150的处理腔室110。在所示的实施方式中，等离子体处理腔室110示意性包括腔体102、具有静电夹盘113的衬底基座112、衬垫114、116，等离子体约束缓冲器118、流体地连接到气体仪表盘136的喷头120、上电极122和狭口阀门150。
图2A-2E提供图1的狭口阀门150的示例性实施方式的剖视图。为了更好理解本发明，读者应当同时参照图1和图2A-2E。
腔体102由导电材料(例如，铝(Al))形成并包含衬底传输端口104，该端口用于反应器100中处理的衬底124的进出(图中示出放置在衬底夹盘113上的一个衬底124)。常规地，腔体102、衬底114、116、缓冲器118以及任选地，喷头120连接至反应器100的接地端126。具体地，衬底114、116、缓冲器118和喷头120可使用多点接地技术来接地。
上电极122通过匹配网络128连接至等离子体功率发生器130。衬底基座112通过匹配网络连接至偏置功率发生器134。在一个示例性实施方式中，等离子体功率发生器130和偏置功率发生器134是分别具有约162MHz和13.56MHz的工作频率的射频(RF)电源。
在处理衬底124期间，等离子体功率发生器130和偏置功率发生器134共同或单独地产生等离子体106(以虚线表示)。在所示的实施方式中，等离子体106可以进一步利用任选的转向线圈和磁体(或电磁体)来控制(图中示出转向线圈138A、138B和磁体140A、140B)。处理反应器100还包括常规的系统和器件，在操作中，辅助执行并控制反应器100中衬底124的等离子体处理。所述系统共同以辅助系统142在此示出。
反应器100可以是刻蚀腔室，其应用等离子体刻蚀不同集成电路制造中使用的材料。一个可能适于从本发明受益的适宜刻蚀反应器是ENABLER等离子体刻蚀反应器，其可从加利福尼亚的圣克拉拉的应用材料有限公司购买得到。在其他实施方式中，处理腔室110可具有等离子体发生器或偏置发生器，其在不同频率工作，以及具有用于产生等离子体的不同装置，并适于执行等离子体增强化学气相沉积或物理气相沉积工艺和其他等离子体工艺。在一个实施方式中，处理腔室110可具有一个或多个外部、内部或远程电感或电容RF等离子体源或微波(MW)等离子体源。可从本发明受益的不同类型的等离子体腔室可从加利福尼亚的圣克拉拉的应用材料有限公司和其他等离子体处理设备制造商购买得到。
狭口阀门150提供腔室110的内部和相邻腔室之间的屏障，该狭口阀门可打开以允许衬底传输。在操作中，门致动器144，经由至少一个传动杆146，在开口位置和关闭位置之间移动狭口阀门150。在处理腔室110中等离子体处理期间，狭口阀门150放置在上部、或关闭位置(如图1中所示)，其中门可提供衬底传输端口104的真空密封。因此，当狭口阀门150放置在下部或打开位置(未示出)时，衬底124可通过衬底传输端口104经过衬垫114、116其中之一中或两者之间形成的孔149进出处理腔室110。
狭口阀门150可与限定间隙148的该门的相邻部分和腔体102隔开。在等离子体工艺期间，等离子体可通过衬垫114、116并进一步通过衬底传输端口104扩充至狭口阀门150，以及有时扩充至间隙148中。
在一个实施方式中，狭口阀门150包括密封面板152、传动面板154和间隔垫156。间隔垫156设置在面板152、154之间。在密封位置，密封面板152关闭衬底传输端口104。在该位置，密封面板152可能暴露于等离子体106中。
每个面板152、154由导电材料(例如，铝、不锈钢或其他适合材料)制造，而间隔垫156由介电材料，诸如塑料、陶瓷、聚合物或其他适合介电材料制造。在一个实施方式中，密封面板152具有保护层158(例如，硅碳化物(SiC)层)，在密封位置，通过衬底传输端口104面向处理腔室110的内部。
传动面板154机械连接至门致动器144的一个或多个传动杆146。在一些实施方式中，传动杆146由导电材料(例如，金属或合金)制造并通过电路元件160A、160B或160C电耦合至传动面板154和反应器100的接地端126，如图2A-2C中所示。
在图2D所示的替代实施方式中，传动杆146可由介电材料(如所示)制造或与传动面板154电绝缘(未在图2D示出)。在该实施方式中，密封面板154经由传动面板154通过单独的电引线电耦接到接地端126。
在图2E所示的另一替代实施方式中，电路元件160D可在远离门150的适合位置设置在门150和地126之间，如图2E所示。在该实施方式中，密封面板152通过具有串联的电路元件160D的单独电引线198电耦接到接地端126。
参照图2A-2D，示例性地，面板152、154和间隔垫156采用扣件202、204(例如，螺丝、铆钉、夹子或其他连接元件)机械连接。在图2A-C所示的实施方式中，配置扣件202、204(为清晰起见仅在图2A示出)以防止通过扣件在202、204面板152、154之间的电耦合。传动杆146可使用导电凸缘206(如图2A-2B、2D中所示)或不导电凸缘208(如图2C中所示)连接至传动面板154。
在图2A-C所示的实施方式中，面板152、154使用一个或多个电路元件电耦接在一起。电路元件在图2A的实施方式中以160A表示，在图2B的实施方式中以160B描述，以及在图2C的实施方式中以160C描述。选择电路元件，现共同引用为元件160，使得通过门150的接地路径具有匹配等离子体106的激发频率FPL的预定阻抗。同样预期可任选地选择元件160使得通过门150的接地路径具有偏离等离子体106的激发频率FPL的预定阻抗从而电势差影响形状、位置或其他等离子体特征，例如，来校正或产生由其他腔室或反应器组件造成的不对称。在一个实施例中，频率FPL是等离子体发生器130的约162MHz的工作频率。在图1、2A-2C所示的实施方式中，电路元件160设置在形成于间隔垫156中的空隙162中。空隙162构造为具有终端(未示出)以便于方便替换和交换电路元件160。
在图2D所示的替代实施方式中，狭口阀门150包括密封面板152，以及任选地，传动面板154。每个传动杆146包括使用介电间隔垫214分离的部分1461和1462。在该实施方式中，电路元件160D设置在形成于间隔垫214的空隙216中。
一起参照图2A-D所示的实施方式，电路元件160的接点引线可使用焊料、粘结或可移动接点210连接至狭口阀门150的各个元件。接点210的实施例包括卡口装置、焊接端、总线等。密封面板152、传动面板154和传动杆146与电路元件160一起在等离子体的激发频率FPL提供短路，从而在传动面板154、衬底传输端口104和间隙148中抑制等离子体引发的电弧。具体地，选择性选择电路元件160的值以在激发频率FPL形成短路。在应用一个以上的等离子体激发频率的实施方式中，可选择每个电路元件以在各个频率提供短路。
图3A-3C描述图2A-2E所示的根据本发明的实施方式制造的狭口阀门150的等效电路310、320、330。参照图3A和图2A-2C，在等离子体处理期间，密封面板152和导电传动杆146分别表示与等离子体106的电容阻抗Z1和电感性阻抗Z4，而传动面板154的阻抗Z3约是0。在图2A-2C的实施方式中，当元件160A(图2A中示出)或单独元件160B、160C(在图2B-2C示出)是电容器时，狭口阀门150在激发频率FPL形成短路，其中选择阻抗使得在频率FPL，等效电路310的阻抗Z310等于或约等于零，即，
Z310＝Z1+Z2+Z3+Z4≈0。 (1)
参照图3B和图2D，在等离子体处理期间，密封面板152表示与等离子体106的电容阻抗Z1，而传动面板154的阻抗Z3约是0。当电路元件160D是电容器时，狭口阀门150在激发频率FPL形成短路，其中选择电容使得在频率FPL，等效电路320的阻抗Z320等于或约等于零，即，
Z320＝Z1+Z2+Z3+Z4≈0。 (2)
参照图3C和图2E，在等离子体处理期间，密封面板152表示与等离子体106的电容阻抗Z1。当电路元件160E是电容器时，狭口阀门150在激发频率FPL形成短路，其中选择电容使得在频率FPL，等效电路330的阻抗Z330等于或约等于零，即，
Z330＝Z1+Z2≈0。 (3)
电路元件160A-160E的电容器的值可通过测量各个狭口阀门150的阻抗来确定，其中电路元件160临时用分流器(shunt)代替。可使用，例如，网络分析器，其探针通过衬底传输端口104连接至密封面板152，来执行所述测量。这些测量的结果允许分别限定方程式(1)和(2)中的属性S1＝Z1+Z3+Z4和S2＝Z1+Z3。然后，电容器160A-160C的值可通过解以下方程而确定：
S1+S2＝0， (4)
预期电路元件160A-160E可包括感应器和/或其他电路元件。
任选地，在非产品衬底的等离子体处理期间，电路元件160的值可例如，通过选择在狭口阀门150或衬底传输端口104提供等离子体引发的电弧抑制的元件来实验地确定。一旦确定电容器或其他电路元件160的适宜值，可将门150(或杆)拆卸并可将所确定值的电容器安装在空隙中或沿着门到接地路径的其他位置。
图4是说明根据本发明的实施方式用于防止在等离子体腔室的暴露于等离子体的端口电弧的方法的流程图。本领域的技术人员将容易理解方法400可应用图1的等离子体刻蚀反应器100，和其他适于执行等离子体工艺的腔室来执行。本领域的技术人员还将容易理解可执行方法400来调谐等离子体处理系统的其他组件以防止电弧或重新配置等离子体腔室内的等离子体来校正或产生等离子体不对称。
当提供具有适于密封等离子体腔室的衬底传输端口的狭口阀门的等离子体腔室时，方法400在步骤410开始。该门电耦接至地。门接地路径包括至少一个可更换电子元件，诸如电容器和/或感应器。还预期门接地路径可任选地包括可调谐电子元件，其中可调谐元件允许可调整接地路径的阻抗。所述门的实施例参照图1和图2A-2E在以上描述。
在步骤420，门的接地路径的电子元件临时使用导电分流器代替。然后，在步骤430，测量密封位置的门的阻抗以及门接地路径的其他元件的阻抗以确定在等离子体的激发频率时提供短路需要的阻抗。该阻抗可由网络分析器来确定，或实验地，例如，通过选择电路元件，诸如电容器和/或感应器，其在门或衬底进出口处抑制电弧以产生预期的等离子体配置来确定。
在步骤440，导电分流器用电路元件代替，该电路元件具有所选的阻抗值使得门接地路径在等离子体的激发频率提供短路。在等离子体处理期间，门抑制靠近暴露于等离子体的端口处等离子体引发的电弧。在步骤440完成时，方法400终止。预期方法400可适于确定用于门接地路径阻抗，用于调谐等离子体处理腔室的其他组件以防止电弧，或重新配置在腔室内的等离子体来校正或产生等离子体不对称。
因此，本发明提供了一种控制等离子体处理腔室中等离子体配置的方法和装置。本发明可方便地用于防止在处理腔室中暴露于等离子体中的衬底传输端口或其他组件处电弧，以及调谐等离子体处理腔室的其他组件以防止电弧或重新配置腔室内等离子体来校正或产生等离子体不对称。
虽然在此已参照特定的实施方式描述了本发明，但应当理解这些实施方式仅是本发明的原理和应用的示例性说明。因此，在不偏离本发明的精神和范围内可以对这些实施方式进行许多修改以及可以设计其他设置，并且本发明的范围由以下权利要求书限定。
Claims (20)
1.一种等离子体处理腔室，包括：
具有衬底进出端口的腔体；
用于将能量与形成于所述腔室内的等离子体耦合的元件；
腔室组件，暴露于所述腔体内形成有等离子体的区域中；以及
接地路径，将所述腔室组件耦接至地，该接地路径包括至少一个可调谐或可替换的电路元件，其中响应等离子体的激发频率来选择该电路元件，并提供所述腔室组件和地之间的预定阻抗值。
2.一种等离子体处理腔室，包括：
具有衬底进出端口的腔体；
关闭所述衬底进出端口的可定位的门，该门具有暴露于所述腔体内形成有等离子体的区域的表面；
接地路径，将所述门耦接至地，该接地路径包括至少一个可调谐或可替换的电路元件，其中响应等离子体的激发频率来选择该电路元件，并提供所述腔室组件和地之间的预定阻抗值。
3.根据权利要求2所述的处理腔室，其特征在于，所述电路元件进一步包括：
至少一个电容器或感应器。
4.根据权利要求2所述的处理腔室，其特征在于，所述电路元件发置在所述门中。
5.根据权利要求2所述的处理腔室，其特征在于，所述门进一步包括：
关闭所述进出端口的可定位密封面板；
连接至所述密封面板的传动面板；以及
介电间隔垫，其将所述传动面板与所述密封表面电绝缘，该间隔垫容纳所述电路元件，其中所述电路元件将所述传动面板与所述密封面板电耦接。
6.根据权利要求5所述的处理腔室，其特征在于，所述传动面板耦接至地。
7.根据权利要求2所述的处理腔室，其特征在于，所述电路元件远离所述门。
8.根据权利要求7所述的处理腔室，其特征在于，进一步包括：
致动器；以及
将所述致动器连接至所述门的杆，其中所述电路元件与所述杆串联耦接。
9.根据权利要求7所述的处理腔室，其特征在于，所述杆耦接至地。
10.根据权利要求7所述的处理腔室，其特征在于，所述杆进一步包括：
具有所述电路元件设置在其中的空隙。
11.根据权利要求7所述的处理腔室，其特征在于，进一步包括：
耦接至所述门的引线，该引线具有串联耦接的所述电路元件。
12.一种等离子体处理腔室，包括：
具有衬底进出端口的腔体；
关闭所述衬底进出端口的可定位的门，该门具有暴露于所述腔体内形成有等离子体的区域的表面；
杆；
通过所述杆与所述门连接的致动器，该致动器控制所述门的位置；以及
将所述门耦接至地的接地路径，该接地路径包括设置在至少一个杆或门中的可替换电路元件。
13.根据权利要求12所述的处理腔室，其特征在于，所述电路元件进一步包括：
至少一个电容器或感应器。
14.一种用于防止在等离子体腔室的暴露于等离子体中的门密封端口电弧的方法，包括：
提供具有狭口阀门的等离子体腔室，该狭口阀门适于密封该等离子体腔室的衬底传输端口，该门通过接地路径电耦接至地；
测量在传输端口密封位置的所述门的阻抗以确定在形成于所述等离子体腔室的等离子体的激发频率提供通过接地路径的短路所需的阻抗；
将具有基本上等于所确定阻抗的阻抗值的电路元件与所述接地路径串联耦接。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，与所述接地路径串联耦接所述电路元件进一步包括：
用所述电子元件代替在测量步骤期间使用的导电分流器。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述电路元件与所述接地路径串联耦接进一步包括：
在所述门中安装所述电子元件。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述电路元件与所述接地路径串联耦接进一步包括：
在将所述门耦接至致动器的杆中安装电子元件。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述电路元件与所述接地路径串联耦接进一步包括：
安装与将所述门与门连接的引线串联的电子元件，该电子元件被安装在远离所述门的位置。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
在所述接地路径的第一并行支路安装第一电子元件，选择该第一并行支路以在第一等离子体激发频率提供短路；以及
在所述接地路径的第二并行支路安装第二电子元件，选择该第二并行支路以在第二等离子体激发频率提供短路。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，测量所述阻抗进一步包括：
基于使用网络分析器所获得的数据或使用实验数据来确定所述阻抗。
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