CN101866801B

CN101866801B - 等离子避电器插件

Info

Publication number: CN101866801B
Application number: CN2010101564395A
Authority: CN
Inventors: 基思·科门丹特
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: KR101690327B1; KR20100109473A; CN101866801A; TW201115671A; TWI524448B

Abstract

一种可用于室晶片处理系统的电介质避电器插件，该系统具有气体输入管线、避电器框架和晶片处理空间。该输入管线能够提供气体至该避电器框架。该避电器框架能够容置该电介质避电器插件。该电介质避电器插件包括气体入口部分、非直线通道和气体出口部分。该气体入口部分布置为从该输入管线接收气体。该非直线通道布置为将气体从该气体入口部分传输至该气体出口部分。该气体出口部分布置为将气体从该非直线通道传输至该晶片处理空间。

Description

等离子避电器插件

背景技术

半导体制造工业越来越强调节约成本以及效率以增加不断减少的利润率。使得成本更低的一个重要方面是保护系统内的部件，该系统当使用基于氦的等离子以完成所需蚀刻工艺时在基片表面处需要极端高离子能量。为了在基片表面获得这个高离子能量，将高压施加在基片表面上，其产生的大的电场向回延伸进入氦供应管线，这转而在多个表面之间产生不希望的电弧放电并在该供应管线和其他部件内生成等离子。这产生许多不利效应，如供应管线的点蚀和熔化。在高电势区域和供应管线之间设置电绝缘体可最小化不期望的电弧放电和等离子生成的影响。然而，这种电绝缘体增加购置成本。必须非常小心以避免系统部件不必要的磨损速率。

图1是室晶片处理系统112的传统的氦供应系统100的剖视图。系统100包括柔性氦供应管线102、金属焊接件104、电介质避电器插件106，电介质避电器框架108，ESC安装板118，和碗形框架总成116。避电器框架108成形为包括圆柱形腔室120用以夹持电介质避电器插件106。柔性氦供应管线102、金属焊接件104、电介质避电器插件106、避电器框架108和ESC安装板118位于碗形框架总成116内。室晶片处理系统112包括静电卡盘(ESC)110，其可运行以静电方式夹持晶片用以处理。

运行中，经由传统的氦供应系统100将氦提供到室晶片处理系统112。氦通过传统的氦供应系统100的路径由柔性氦供应管线102内箭头、金属焊接件104和通过电介质避电器插件106的箭头114所示。

ESC的运行需要施加高压DC功率以卡紧晶片以及使用高频RF功率以生成晶片处理所需的等离子。将氦提供到ESC以在晶片和ESC110之间引起散热。施加高压DC或RF功率之一会转而将氦激励到电子能够逸出氦原子键的点，由此生成等离子。气体氦转变为等离子的时间通常成为“点燃”。

安装板118(其通常运行在与ESC110类似的高电势下)通过避电器框架108和电介质避电器插件106与柔性氦供应管线102和金属焊接件104电气隔离。碗形框架总成116处于接地电势。希望将柔性氦供应管线102和金属焊接件104与ESC110的电场和磁场影响屏蔽。进而，金属焊接件104和柔性氦供应管线102的电势应当紧密匹配碗形框架总成116的电势以防止在两者之间产生电弧放电，或防止两者之间会导致在柔性氦供应管线102内点燃的高电势。如果发生电弧放电，会发生对碗形部件的损伤。如果发生等离子点燃，供应管线和碗形框架总成116内其他部件会出现点蚀和熔化。对将金属焊接件104保持在碗116的接地电势的要求导致较大的电势施加在避电器框架108和电介质避电器插件106。

在1至50托(1/760和50/760标准大气压之间的压强)之间的较低氦压，其是通常的室晶片处理系统112和系统100的正常运行条件，氦可传导电流并在特定的条件下产生电弧放电。避电器框架108和电介质避电器插件106内等离子生成或电弧放电的可能性与金属焊接件104和安装板118之间的电势差直接相关，而与气体路径长度逆相关，还与可得到的截面平均自由路径直接相关，将在下面更详细讨论。

图2A是电介质避电器插件106的斜视图。电介质避电器插件106包括第一圆柱体部分202，由圆周通道206与第二圆柱体部分204隔开。第一圆柱体部分202具有圆形面208，而第二圆柱体部分204具有圆形面210。圆形面208具有氦入口216，而圆形面210具有氦出口218。纵向通道212(宽度d₁和深度d₂)从圆形面210的氦入口216延伸到圆周通道206，而纵向通道214从圆周通道206延伸到氦出口218。

图2B是电介质避电器插件106的剖视图。附图中，氦气沿箭头114标识的路径流动。具体地，金属焊接件104提供的氦进入氦入口216、行进通过纵向通道212、行进围绕圆周通道206、继续通过纵向通道214并最终离开氦出口218进入室晶片处理系统112。氦气在电介质避电器插件106行进的总距离包括纵向通道212长度、圆周通道206周长的一半和纵向通道214的长度。

回到图1，电介质避电器插件106紧密设在避电器框架108的圆柱形腔室120内。因而，圆柱形腔室120封闭纵向通道212、圆周通道206和纵向通道214以形成管道从而氦气将仅通过纵向通道212、圆周通道206和纵向通道214。电介质避电器插件106在金属焊接件104的低电势和安装板118的高电势之间提供绝缘体阻隔。金属焊接件104处于或接近接地电势，安装板118在高电势。因为金属焊接件104和安装板118之间的压差，所以在电介质避电器插件106或避电器框架108内存在氦点燃和电弧放电的可能性。两种策略的至少一个可用来减少电介质避电器插件106或避电器框架108中电弧放电或点燃的可能性。

第一，可减少电介质避电器插件106的纵向通道212的宽度d₁和深度d₂。对于恒定供应氦，减少电介质避电器插件106的纵向通道212宽度d₁和深度d₂将减小截面积并因此减少电子以激发状态移动而产生等离子的空间。这个策略的问题是减少电介质避电器插件106的纵向通道212的宽度d₁和深度d₂将增加跨这些部件的压降，并将减少提供进晶片处理系统112的氦的量。

第二，可增加氦气在电介质避电器插件106内行进的总长。这将有效增加金属焊接件104和ESC110之间的距离，从纵向通道212、圆周通道206和纵向通道214内通过氦引起的静电场的角度来看。这将减少氦气在电介质避电器插件106中行进的总长上的电压梯度，使电介质避电器插件106成为更好的绝缘体阻隔。然而，如果增加的长度达到更长的、视线可见路径的形式，则电弧放电或点燃可能性会是问题。并且，避电器框架108和碗形框架总成116的空间有限。就这一点来说，在系统100中，这不是可行的选项。

最后，可降低电绝缘材料的介电常数。

电介质避电器插件106包括宽度d₁和深度d₂的纵向通道212，其足够大以将足够的氦提供进晶片处理系统112。进而，如上面所指出的，氦气在电介质避电器插件106中行进的总长包括避电器框架108中的空间。宽度d₁和深度d₂的纵向通道212结合较短的氦气在电介质避电器插件106中行进的总长影响电介质避电器插件106防止电弧放电和等离子生成在电介质避电器插件106本身中发生的能力。

所需要的是一种电介质避电器插件，其减少在电介质避电器插件本身中电弧放电和等离子生成的可能性，而不会导致以及不利影响压降。

发明内容

本发明的目的是提供一种电介质避电器插件，其降低电介质避电器插件中电弧放电和等离子生成的可能性。

按照本发明一个方面，电介质避电器插件可用于室晶片处理系统，该系统具有气体输入管线、避电器框架和晶片处理空间。该输入管线能够提供气体至该避电器框架。该避电器框架能够容置该电介质避电器插件。该电介质避电器插件包括气体入口部分、非直线通道和气体出口部分。该气体入口部分布置为从该输入管线接收气体。该非直线通道布置为将气体从该气体入口部分传输至该气体出口部分。该气体出口部分布置为将气体从该非直线通道传输至该晶片处理空间。

本发明别的目的、优点和新的特征在下面的说明书中阐述，而一部分对于本领域技术人员来说在了解下面的描述后变得显而易见的或者可通过实施本发明而认识到。本发明的目的和优点可凭借具体在所附权利要求中指出的手段和组合来实现和获得。

附图说明

结合在说明中并形成该说明书一部分的附图说明本发明的示范性实施方式，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1说明连接到晶片蚀刻工艺过程中使用的室晶片处理系统的传统的氦供应系统；

图2A说明放大的图1的传统电介质避电器插件；

图2B说明图2A的放大的图1的传统电介质避电器插件的剖视图；

图3说明按照本发明的实施方式、连接到晶片蚀刻工艺期间使用的室晶片处理系统的氦供应系统；

图4A说明按照本发明、示例性单线电介质避电器插件的放大侧视图；

图4B示出图4A的示例电介质避电器插件的剖视图；

图4C说明图4A的该示例电介质避电器插件的俯视斜视图；

图5A说明按照本发明的另一示例电介质避电器插件的放大侧视图；

图5B示出图5A的该示例电介质避电器插件的剖视图；

图5C说明图5A的该示例电介质避电器插件的俯视斜视图；

图6A说明按照本发明的双线电介质避电器插件的放大侧视图；

图6B示出图6A的该示例电介质避电器插件的剖视图；

图6C说明图6A的该示例电介质避电器插件的俯视斜视图；

图7说明按照本发明的四线电介质避电器插件的俯视斜视图；

图8说明按照本发明的另一示例电介质避电器插件的剖视图；以及

图9说明按照本发明的另一示例电介质避电器插件的剖视图。

具体实施方式

在提供氦至室晶片处理系统的氦供应系统中，该氦供应系统一部份处于或接近接地电势，而该室晶片处理系统一部分具有高电势。这种情况下，该氦供应管线内或在设置为将氦提供进入该室晶片处理系统的该电介质避电器插件中的氦有等离子点燃或电弧放电的可能性。按照本发明一个方面，该电介质避电器插件或避电器框架内氦点燃的可能性随着增加该氦气在该电介质避电器插件中行进的长度而减少。更具体地，按照本发明一个方面，电介质避电器插件包括该氦气从中经过的非直线通道。该非直线通道相比该传统电介质避电器插件增加该氦气在该电介质避电器插件中行进的距离，同时限制会使得点燃或电弧放电发生的直接的视线可见。

下面将参照图3-9描述按照本发明一方面的电介质避电器插件的示例实施方式。

图3是可运行以将氦提供至室晶片处理系统112的氦供应系统300的剖视图。氦供应系统300类似于图1中描述的氦供应系统100，其中电介质避电器插件106用按照本发明一个方面的电介质避电器插件306代替。系统300包括柔性氦供应管线102、金属焊接件104、电介质避电器插件306、避电器框架108、碗形框架总成116。避电器框架108成形为包括圆柱形腔室120用以容纳电介质避电器插件306。柔性氦供应管线102、金属焊接件104、电介质避电器插件306和避电器框架108位于碗形框架总成116内。室晶片处理系统112包括ESC110，其可运行以静电方式夹持晶片用以处理。

运行中，经由氦供应系统300将氦提供到室晶片处理系统112。该氦通过系统300的路径由柔性氦供应管线102中的箭头和通过电介质避电器插件306的箭头314标示。

按照本发明一个方面，螺旋状通道提供在电介质避电器插件中以增加氦气在该电介质避电器插件中行进的总长。进而，在一些实施方式中，可包括多个通道。在单个通道截面积相似的情况下，该电介质避电器插件内总的截面积与单个通道的数量直接相关。进而，该氦气在该电介质避电器插件内每个单个通道中行进的总长与单个通道的数量逆相关。也就是说，双通道电介质避电器插件所给出的截面流动面积是单通道电介质避电器插件的两倍，但是只有该单通道电介质避电器插件路径长度的一半。电介质避电器插件内螺旋状通道的节距是一个连续的螺线的中心至中心距离。

这里讨论按照本发明的各种各样的示例实施方式电介质避电器插件，示出具有不同节距的不同数量的通道。可以改变通道的间距、节距、深度和数量以获得所期望的截面积和路径长度。

按照本发明一个方面、具有单个螺旋状通道的电介质避电器的示例实施方式现在将参照图4A-4C来描述。

图4A说明电介质避电器插件306的放大侧视图。在所示附图中，电介质避电器插件306包括顶面402、底面404、芯部406和螺线部408。顶面402包括氦入口410，而底面404包括氦出口412。螺线部408围绕芯部406螺旋缠绕，从而邻近的螺线形成连续的螺旋状通道414。

图4B是电介质避电器插件306的剖视图。氦输入管线118提供的氦进入氦入口410、行进通过连续的螺旋状通道414并最终离开氦出口412进入室晶片处理系统112。氦在该电介质避电器插件306中行进的总长包括连续的螺旋状通道414的长度。

电介质避电器插件306直径为D_t其对应圆柱形腔室120的直径。因而，圆柱形腔室120封闭连续的螺旋状通道414以形成管道，从而氦气将仅通过连续的螺旋状通道414。芯部406直径为D_i，其中该螺线部408的径向距离是d_w，其中D_t＝D_i+2(d_w)。螺线部408的截面形状包括多个矩形鳍416，隔开距离S_w。矩形鳍416、芯部406和圆柱形腔室120划定的截面积是矩形面积418并且等于d_w乘S_w。

连续的螺旋状通道414的长度与直径D_i成正比，其中随着D_i增加，该连续的螺旋状通道414的长度增加。该连续的螺旋状通道414的长度还与该螺旋状通道的长度S和匝数成正比。这将在下面更详细的讨论。

该电介质避电器插件306可用于将氦传进室晶片处理系统112的截面积与矩形面积418成正比。这样，该电介质避电器插件306可用于将氦传进室晶片处理系统112的截面积与距离S_w成正比。随着距离S_w增加，该可用截面积增加。类似地，该电介质避电器插件306用于将氦传进室晶片处理系统112的截面积与d_w成正比，其中随着距离d_w增加，该可用截面积增加。

图4C示出电介质避电器插件306的俯视斜视图，说明由箭头标识的至顶面402的单个输送氦入口410。

在这个示例实施方式中，该连续的螺旋状通道414的长度比图2B的纵向通道212、圆周通道206和纵向通道214长得多。因而，按照本发明，在电介质避电器插件306和氦输入管线118或该碗形框架总成116内其他部件中生成气体等离子的倾向显著降低。

按照本发明一个方面、具有单个螺旋状通道的电介质避电器插件的另一示例实施方式将参照图5A-5C描述。

图5A说明示例电介质避电器插件500的放大侧视图。电介质避电器插件500包括顶面502、底面504、芯部506和螺线部508。顶面502包括氦入口510，而底面504包括氦出口512。螺线部508围绕芯部506螺旋缠绕从而邻近的螺线形成连续的螺旋状通道514。

图5B是图5A的电介质避电器插件500的剖视图。当设在氦供应系统300的圆柱形腔室120内，圆柱形腔室120封闭连续的螺旋状通道514以形成管道，从而氦气将仅通过连续的螺旋状通道514。氦输入管线118提供的氦进入氦入口510、行进通过连续的螺旋状通道514和最终离开氦出口512进入室晶片处理系统112。氦在该电介质避电器插件500中行进的总长包括连续的螺旋状通道514的长度。该螺线部508的截面形状包括多个矩形鳍516，隔开距离S_w1。

图5C示出电介质避电器插件500的俯视斜视图，并说明由箭头标识的至顶面502单个输送氦入口510。

电介质避电器插件500的节距相比图4B的电介质避电器插件306减少。换句话说，随着螺线部508的节距减少，该螺线部508形成围绕芯部506的更紧密的螺旋。因而，该氦气行进通过避电器插件500的螺线部508的总长比氦气行进通过图4B的电介质避电器插件306的螺线部408的总长更长。这样，电介质避电器插件500能够比是电介质避电器插件400提供更长的用于气体行进的总长，因此减少等离子点燃或电弧放电的可能性。然而，该避电器插件500的螺线部508的截面积小于图4B的电介质避电器插件306的螺线部408的截面积。这样，在类似的气压下，电介质避电器插件500能够比电介质避电器插件400将更少的气体提供进入晶片处理系统112。

按照本发明一个方面、具有两个螺旋状通道的电介质避电器插件的另一示例实施方式现在将参照图6A-6C来描述。

图6A说明电介质避电器插件600的放大侧视图。电介质避电器插件600包括顶面602、底面604、芯部606、螺线部608和螺线部620。顶面602包括氦入口610和氦入口622，而底面604包括氦出口612和氦出口624。螺线部608围绕芯部606螺旋缠绕，从而相邻外部螺线形成连续的螺旋状通道614。螺线部620围绕芯部606螺旋缠绕，从而相邻外部螺线形成连续的螺旋状通道626。

图6B是电介质避电器插件600的剖视图。当设在氦供应系统300的圆柱形腔室120内时，圆柱形腔室120封闭连续的螺旋状通道614以形成第一管道，以及封闭连续的螺旋状通道626以形成第二管道，从而氦气将仅通过连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道626。氦输入管线118提供的氦进入氦入口610和氦入口622。进入氦入口610的氦行进通过连续的螺旋状通道614、离开氦出口612并进入室晶片处理系统112。进入氦入口622的氦行进通过连续的螺旋状通道626、离开氦出口624并额外进入室晶片处理系统112。氦在电介质避电器插件600中行进的总长包括连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道626任一个的长度。该螺线部608和螺线部620每个的截面形状包括多个矩形鳍616，隔开距离S_w3。

图6C示出电介质避电器插件600的俯视斜视图，并说明双输送氦入口系统，包括由箭头标识的至顶面602的氦入口610和氦入口622。

电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614每个具有相比电介质避电器插件500的连续的螺旋状通道514增加的节距。换句话说，随着该连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614每个的节距相比该连续的螺旋状通道514的节距增加，氦气行进通过该电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614任一个的总长比氦气行进通过电介质避电器插件500的连续的螺旋状通道514总长减少。这样，电介质避电器插件600连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614的每个比电介质避电器插件500提供更短的用于气体行进的总长，因此增加等离子点燃或电弧放电的可能性。然而，该电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614的组合的截面积大于该电介质避电器插件500的连续的螺旋状通道514的截面积。这样，在相似的气压下，电介质避电器插件600比电介质避电器插件500提供更多进入晶片处理系统112的气体的量。

按照本发明一个方面、具有四个螺旋状通道的电介质避电器插件的另一示例实施方式现在将参照图7描述。

图7以多个输送氦路径电介质避电器插件306的俯视斜视图说明本发明的另一示例实施方式，在这个示例中包括四个至顶面702的输送714、716、718和720。

图7说明另一增加提供至图3的室晶片处理系统112的氦气量、同时保持额外的增加的路径长度的方式。这将增加该总的氦气流量至可接受的水平同时减少上面讨论的生成等离子的可能性。

电介质避电器插件700的四个连续的螺旋状通道的每个具有相比电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614的每个增加的节距。换句话说，由于该电介质避电器插件700的四个连续的螺旋状通道的节距相比电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614的每个的节距增加，氦气行进通过该电介质避电器插件700的四个连续的螺旋状通道任一个的总长相比氦气行进通过电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614的每个的总长减少。这样，该电介质避电器插件700的四个连续的螺旋状通道的每个比电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614的每个提供更短的用于气体行进的总长，因此增加等离子点燃或电弧放电的可能性。然而，该电介质避电器插件700的四个连续的螺旋状通道组合的截面积大于该电介质避电器插件600的连续的螺旋状通道614和连续的螺旋状通道614组合的截面积。这样，在相似的气压下，该电介质避电器插件700能够比该电介质避电器插件600提供更多量的气体进入晶片处理系统112。

在上面讨论的本发明实施方式，该气体输送路径的截面形状是矩形。按照本发明一方面，该气体输送路径的截面形状可以是任何需要的形状。气体输送路径的截面形状可设计成提供指定量的气体进入室晶片处理系统112。在图8和9中说明两个其他示例电介质避电器插件。

图8是电介质避电器插件800的剖视图。如附图中所示，电介质避电器插件800具有螺线部802。螺线部802形成连续的螺旋状通道804。该连续的螺旋状通道804的截面形状是三角形。

图9是电介质避电器插件900的剖视图。如附图中所示，电介质避电器插件900具有螺线部902。螺线部902形成连续的螺旋状通道904。该连续的螺旋状通道904的截面形状是弧形。

上面讨论的按照本发明一方面的电介质避电器插件的示例实施方式具有连续的螺旋状通道，或连续的螺旋状通道，以增加气体路径长度。其他实施方式可使用非螺旋状通道以增加气体路径长度。其他实施方式的非限制性示例包括具有弧形或蜿蜒通道的电介质避电器插件，或者弧形或蜿蜒通道。

按照本发明一方面，至少一个非直线通道提供在电介质避电器插件中以增加氦气在该电介质避电器插件中行进的总长。对于类似的单个通道截面积，该电介质避电器插件内的总的截面积与单个通道的数量直接相关。进而，该氦气在该电介质避电器插件内每个单个通道中行进总长与单个通道的数量逆相关。通道的间隔、节距、深度和数量可改变以获得所需要的截面积，其与在预定压强下提供进入室晶片处理系统的气体量直接相关。进而通道的间隔、节距、深度和数量可改变以获得所需要的路径长度，其与等离子点燃或电弧放电的可能性逆相关。

前述对本发明各种优选实施方式的描述为了说明和描述的目的而提供。其不是穷尽的或将本发明限制为所公开的具体形式，并且显然，在上述教导的指导下许多修改和变化都是可能的。选择和描述上述示范性实施方式是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，以由此使得本领域的技术人员能够最佳地将本发明用于各种实施方式和采用适于所设想的具体用途的各种修改。意图是本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims

1.一种可用于室晶片处理系统的电介质避电器插件，该系统具有气体输入管线、避电器框架和晶片处理空间，该输入管线可运行以提供气体至该避电器框架，该避电器框架可运行以容置所述电介质避电器插件，所述电介质避电器插件包括：

气体入口部分，布置为从该输入管线接收气体；

非直线通道；以及

气体出口部分，

其中所述非直线通道布置为将气体从该气体入口部分传输至该气体出口部分，以及

其中所述气体出口部分布置为将气体从该非直线通道传输至该晶片处理空间。

2.根据权利要求1所述的电介质避电器插件，其中所述非直线通道包括螺旋状通道。

3.根据权利要求2所述的电介质避电器插件，其中所述螺旋状通道具有矩形截面形状。

4.根据权利要求2所述的电介质避电器插件，其中所述螺旋状通道具有弧形截面形状。

5.根据权利要求2所述的电介质避电器插件，其中所述螺旋状通道具有三角形截面形状。

6.根据权利要求1所述的电介质避电器插件，进一步包括：

第二气体入口部分，布置为从该输入管线接收气体；

第二非直线通道；以及

第二气体出口部分，

其中所述第二非直线通道布置为将该气体从所述第二气体入口部分传输至所述第二气体出口部分，以及

其中所述第二气体出口部分布置为将该气体从所述第二非直线通道传输至该晶片处理空间。

7.根据权利要求1所述的电介质避电器插件，其中所述非直线通道包括蜿蜒通道。