CN106469636A - 通电的静电法拉第屏蔽用于修复icp中的介电窗 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通电的静电法拉第屏蔽用于修复ICP中的介电窗，具体公开了各种实施方式，包括具有多个电引线的静电屏，其在等离子体处理腔室中使用。提供多个瓣状件组，每个瓣状件组包括大致平坦的结构，其中，每个瓣状件组被电连接到多个电引线中的至少一个，并且其中，每个瓣状件组与任何其它瓣状件组绝缘，其中，多个瓣状件组形成围绕垂直轴的径向对称。每个基本平坦的结构包括导电环的一部分和多个导电的瓣状件，每个导电的瓣状件连接到导电环的所述部分，其中，所述至少一个电引线被连接到基本上等电位的每个瓣状件组。

Description

通电的静电法拉第屏蔽用于修复ICP中的介电窗

技术领域

本公开内容涉及关于在电感耦合等离子体(ICP)处理室中修复介电窗的发明。

背景技术

半导体技术提出了许多的挑战，并且改善仍然是必要的。

发明内容

本发明公开的各种实施方式，包括一种在等离子体处理室中使用的具有多个电引线的静电屏。提供多个瓣状件组，每一个瓣状件组包括基本平的结构，其中每个瓣状件组电连接到所述多个电引线中的至少一个电引线，并且其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘，其中所述多个瓣状件组形成围绕垂直轴的径向对称。每个基本平的结构包括导电环的一部分和多个导电瓣状件，每个导电瓣状件连接到所述导电环的一部分，其中所述至少一个电引线被连接到每个瓣状件组中的基本等电位位置。

在另一种表现形式中，提供一种使用和维持等离子体处理室的方法。衬底被置于电感耦合的等离子体处理室中。处理气体流入等离子体处理室。通过浮动的静电屏蔽件和介电窗提供电感耦合功率到所述等离子体处理室。停止所述处理气体的流动以及电感耦合功率的提供。从所述等离子体处理室中去除所述衬底。将窗口修复气体流入所述等离子体处理室。通过所述静电屏蔽件和介电窗提供电感耦合功率到所述等离子体处理室。提供RF功率到所述静电屏蔽件。停止所述窗口修复气体的流动和所述电感耦合功率和RF功率的提供。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种在等离子体处理室中使用的具有多个电引线的静电屏，包括：

多个瓣状件组，每一个瓣状件组包括基本平的结构，其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘，并且其中每个瓣状件组电连接到所述多个电引线中的至少一个，并且其中所述多个瓣状件组形成围绕垂直轴的径向对称；和

每个基本平的结构包括导电环的一部分，和多个导电瓣状件，每个导电瓣状件连接到所述导电环的一部分，并且除了所述导电瓣状件连接到所述导电环的一部分的地方，每个导电瓣状件与其他导电瓣状件绝缘，其中所述至少一个电引线被连接到每个瓣状件组中的基本等电位位置。

2.如条款1所述的静电屏，其中每个瓣状件组的导电环的一部分位于所述瓣状件的径向向内的端部。

3.如条款1所述的静电屏，其中每个瓣状件组的导电环的一部分位于所述瓣状件的径向向外的端部。

4.如条款1所述的静电屏，其中所述瓣状件组是基本共面的。

5.如条款1所述的静电屏，其中所述瓣状件通过径向方向上的狭缝形成，所述狭缝内的空间是非导电的，并且其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘是通过在所述瓣状件组之间提供非导电空间来实现，其中所述瓣状件组之间的非导电空间还包括径向方向上的狭缝。

6.一种在等离子体处理室中使用的射频窗，包括：

介电材料盘；

置于所述介电窗上的如条款1所述的静电屏。

7.如条款6所述的窗，其中所述盘和所述静电屏通过共烧结整体形成。

8.如条款7所述的窗，其中所述静电屏包括钨、钽、铜、银、铝或钼中的一种或多种。

9.如条款1所述的静电屏，还包括连接到每个引线的射频源。

10.如条款9所述的静电屏，其中所述射频源被配置为将基本相同量级的同相功率输送到每个瓣状件组。

11.如条款10所述的静电屏，其中每个瓣状件组的引线通过导电体并联连接到所述射频源。

12.如条款9所述的静电屏，还包括具有状态1和状态2的开关，其中所述静电屏被配置为处于状态1时，所述静电屏是未通电的并且电浮动的，以及在状态2时，所述静电屏被连接到所述射频源。

13.如条款1所述的静电屏，其中所述基本等电位位置彼此之间在10伏内。

14.如条款1所述的静电屏，其中所述导电环的每个部分作为半径尺寸，不超过在等离子体处理室中处理的衬底半径的10％，并且其中所述径向瓣状件具有在等离子体室中处理的衬底半径的至少80％的半径尺寸。

15.一种使用和维持等离子体处理室的方法，包括：

将衬底置于电感耦合的等离子体处理室中；

使处理气体流入所述等离子体处理室；

通过浮动的静电屏蔽件和介电窗提供电感耦合功率到所述等离子体处理室；

停止所述处理气体的流动以及电感耦合功率的提供；

从所述等离子体处理室中去除所述衬底；

使窗口修复气体流入所述等离子体处理室；

通过所述静电屏蔽件和所述介电窗提供电感耦合功率到所述等离子体处理室；

提供RF功率到所述静电屏蔽件；以及

停止所述窗口修复气体的流动和所述电感耦合功率和所述RF功率的提供。

16.如条款15所述的方法，其中所述等离子体处理室具有多个电引线，并且其中所述静电屏蔽件包括：

多个瓣状件组，每一个瓣状件组包括基本平的结构，其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘，并且其中每个瓣状件组电连接到所述多个电引线中的至少一个电引线，并且其中所述多个瓣状件组形成围绕垂直轴的径向对称；和

每个基本平的结构包括导电环的一部分，和多个导电瓣状件，每个导电瓣状件连接到所述导电环的一部分，其中所述至少一个电引线被连接到每个瓣状件组中的基本等电位位置。

17.如条款16所述的方法，其中提供RF功率到所述静电屏蔽件包括将基本相同量级的同相功率输送到每个瓣状件组。

本发明的这些和其他特征将结合附图在下面的详细说明中更详细地描述。

附图说明

所公开的发明通过附图中的图以举例的方式示出，而不是通过限制的方式，并且在附图中类似的附图标记指代相似的元件，并且其中：

图1是在窗口上方具有屏蔽件的等离子体室的透视示意图。

图2是屏蔽件的示意性顶视图。

图3是一个实施方式的高级流程图。

图4A-D是面向等离子体的氟化的窗表面的剥离的示意图。

图5是示出了在不同的室配置中大于38纳米的每个晶片的钇微粒添加物的数量。

具体实施方式

现在将参考附图中所示的一些实施方式详细描述本发明。在以下的说明中，将阐述具体的细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本发明可以在没有一些或全部这些具体细节的情况下实施，并且本公开包括可以按照本技术领域中一般可用的知识作出的修改。公知的工艺步骤和/或结构没有被详细描述以免不必要地模糊本发明公开。

电感耦合等离子体(ICP)，也被称为变压器耦合等离子体(TCP)，被广泛应用于如今的导体蚀刻工具中。例如，由朗姆研究公司提供的系列蚀刻工具使用平面电感线圈。在使用TCP的腔室中，虽然所需的机制是用于激励等离子体的磁感应，但是不可避免地并且在某种程度上不欢迎地，等离子体的线圈的不同部分之间的电压电容耦合到等离子体，虽然这种耦合促进点火和稳定。为了控制和使电容耦合部分更均匀，可以采用静电屏蔽件。能量的电容耦合部分可在整个等离子体鞘引起局部加强电压，这可能加速离子从等离子体离开以局部地影响介电窗，导致局部溅射损害。在其他情况下，电容耦合可能导致局部沉积。因此，线圈和等离子体之间的任何介电窗可由等离子体离子来溅射。溅射可在线圈的正下方区域被聚集。在晶片处理期间，溅射可能会导致窗口上的面向等离子体的表面涂层被损坏，然后颗粒可脱落并可能降落在生产的晶片上并导致缺陷。随着窗口老化，该缺陷产生机制已经被观察到恶化，这有可能由于在窗口涂层上的损坏层的堆积。

例如，如果窗口具有含钇等离子体接触面，在具有含氟等离子体的等离子体处理过程中，一些钇可被转化为氟化钇微粒。这种微粒的形成可能是不均匀的，在线圈的正下方有更大的这样的微粒的形成。在无晶片清洁处理以去除这样的微粒的期间，所述清洁也将是不均匀的，大部分的清洁是在线圈的正下方，并且远离线圈的区域只是被稍微清洁。结果，所得到的窗口将具有不均匀分布的氟化钇微粒，其可产生污染物。

因此，这样的窗口的缺陷可被最小化或反转的方式是有用的。

为了便于理解，图1示意性地示出了可用于一个实施方式的等离子体处理室100的一个例子的剖面图。等离子体处理室100包括等离子体反应器102，所述等离子体反应器102具有在其中的等离子体处理约束腔室104。等离子体RF电源106，通过匹配网络108调谐，供电到位于介电窗112附近的TCP(变压器耦合等离子体)线圈110，以通过提供电感耦合功率在等离子体处理约束腔室104中产生等离子体114。TCP线圈(上电源)110可配置为在等离子处理约束腔室104中产生等离子体114。提供介电动力窗112以在等离子处理约束腔室104中保持真空，同时允许能量从TCP线圈110传到等离子体处理约束腔室104。通过匹配网络118调谐的晶片偏置电压RF电源116提供动力给电极120，以在衬底164上设置偏置电压，所述衬底164由电极120支撑。控制器124对等离子体RF电源106、气体源/气体供应装置130和晶片偏置电压RF电源116设定值。

屏蔽电源154、等离子体RF电源106和晶片偏置电压RF电源116可被配置成在特定的无线频率(诸如，例如13.56MHz、27MHz、2MHz、60MHz、400KHz、2.54GHz，或它们的组合)下操作，或者可以是在调谐到标称频率的±10％的频率下操作。等离子体电源106、屏蔽电源和晶片偏置电压RF电源116可适当地设定大小为提供一定范围内的动力，以实现所希望的工艺性能。例如，在本发明的一个实施方式中，等离子体RF电源106可提供50到5000瓦范围内的电源，并且晶片偏置电压RF电源116可提供20到2000伏范围内的偏置电压。此外，TCP线圈110和/或电极120可包括两个或两个以上的子线圈或子电极，其可由一个单一电源供电或者由多个电源供电。

如图1所示，等离子体处理室100还包括气体源/气体供给装置130。气体源130通过气体入口与等离子体处理约束腔室104流体连接，所述气体入口例如气体喷射器140。处理气体和副产物通过压力控制阀142和泵144被从等离子体处理约束腔室104去除，压力控制阀142和泵144还在等离子体处理约束腔室104内维持特定的压力。压力控制阀142可以在处理期间维持不到1托的压力。边缘环160被置于围绕晶片164。气体源/气体供应装置130由控制器124控制。加利福尼亚州弗里蒙特的朗姆研究公司的可被用于实现一个实施方式。

该实施方式还包括静电屏蔽件150。屏蔽电源154通过滤波器/匹配网络155(其为隔离滤波器和匹配网络)电连接到该静电屏蔽件150。滤波器/匹配网络155可以用于提供功率频率到静电屏蔽件150，静电屏蔽件150的频率与供给至等离子体RF电源106的等离子体RF功率的频率不同。使用不同的频率降低了静电屏蔽件150和线圈110之间的交叉耦合。屏蔽电源154可控制地被控制器124连接。静电屏蔽件150和电源154的组合提供一种带电径向网格。

为了防止电感耦合的短路，静电屏蔽件是浮动的并且形成在径向辐条瓣状件。径向辐条瓣状件接合分段环。所述环允许RF源和径向辐条瓣状件之间的电连接。内环最好具有弯曲瓣状件。径向辐条瓣状件防止涡流。分割所述环也降低涡流。尽管在径向中心的连接可能是有利的，但气体喷射器、接地套筒和在径向中心的其它特征的存在防止这样的连接。辐射状的切口划分瓣状件组。通过将RF电源对称地连接到所述瓣状件组，无电流在所述瓣状件组之间流动并且在瓣状件组和等离子体之间的电容耦合更均匀，因为对称连接以大致等电位的位置同相位连接所述瓣状件组。这种对称的连接可被定义为在从各瓣状件组的起始点开始的相等的角度。

静电屏蔽件可以是导电材料，如钨、铜、银、铝、钽或钼。静电屏蔽件可以夹在用于支持的介电材料的盘中间。

图2是静电屏蔽件150的俯视图。在该实施方式中，静电屏蔽件包括第一瓣状件组204、第二瓣状件组208、第三瓣状件组212和第四瓣状件组216。多个瓣状件组204、208、212、216包括多个大致径向瓣状件220和导电环224的一部分，所述导电环224的一部分连接瓣状件组204、208、212、216中的径向瓣状件220。屏蔽电源154通过滤波器/匹配网络在瓣状件组内的相应的大致等电位位置244由电引线228并联电连接到每个瓣状件组204、208、212、216。大致等电位位置244是通电时在处理期间互相在10伏内的位置。在本实施方式中，大致等电位位置是各瓣状件组中的对称位置。在本实施例中，对称位置在逆时针方向邻近每个瓣状件组204、208、212、216中的第二瓣状件。其他实施方式可以使用其它对称位置，如在导电环224的每个部分的中间或末端或其它类似的位置。在本实施例中，静电屏蔽件150是平的或基本上平的。此外，非导电空间232在各瓣状件组204、208、212、216之间，从而瓣状件组彼此绝缘。如图所示，瓣状件220和瓣状件组204、208、212、216具有关于静电屏蔽件150中心的大致径向对称，其形成一个中心轴。如图所示，非导电空间232是径向狭缝的形式。

瓣状件是径向的被定义为瓣状件沿着衬底半径的至少80％的径向分量从内点延伸到外点。在本实施方式中，静电屏蔽件150的半径由双箭头的虚线R表示。在本实施方式中，静电屏蔽件的半径与衬底160的半径大致相同。在一个示例中，衬底可以具有约150mm的半径。导电环224可以具有约40毫米的直径。因此每个径向瓣状件的径向分量是约110毫米，大于衬底半径的80％。在这个例子中，每个径向瓣状件220的径向分量是每个径向瓣状件220的长度。因此，如图所示，每个径向瓣状件220的径向分量大于衬底半径的80％。此外，该环的厚度或径向分量不超过衬底半径的10％。这样的小的径向分量减少了在环中的涡流。

带电径向网格(ERG)是可以在电感耦合等离子体(ICP)设置中夹在感应线圈110和介电窗112之间的径向网格。它可以接地、浮动或通过导电环224的部分由射频(RF)驱动。

图3是一个实施方式的流程图。衬底164被放置在等离子体处理室104中(步骤304)。在衬底164上执行等离子体处理，其中静电屏蔽件150是浮动的(步骤308)。在本实施例中，屏蔽电源154被用作一个开关，以允许所述静电屏蔽件150到状态1而浮动。在其他实施方式中可使用其它类型的开关或独立开关。图4A是钇Y的介电窗112的放大的示意图。当进行等离子体处理时，氟离子F被导向介电窗112，如图所示。浮动的静电屏蔽件将氟离子轰击分配到介电窗112表面上方，而不允许轰击集中在线圈110下方。如果持续这个处理，氟化钇会产生微粒，将会污染该衬底或后续衬底。衬底被从所述等离子体处理室除去(步骤312)。用通电的静电屏蔽件进行窗口清洁(步骤316)。在这样的实施方式中，窗口清洗气体流入等离子体处理室。在该实施方式中，窗口清洁气体包括氩气Ar、氧气和三氟化氮。线圈110通电以使窗口清洁气体形成等离子体。屏蔽电源154可以被切换到状态2，从而使静电屏蔽件通电。来自线圈110和静电屏蔽件的功率使氩离子溅射掉介电窗112。图4B是Ar离子溅射掉介电窗112以剥落改性窗口表面除去氟化钇微粒的示意图。图4C是除去氟化钇微粒的结果的示意图。图4D示意性地示出了修复的钇介质窗112表面。

在半导体处理腔室使用ERG有两个明显的优点。一方面，当生产晶片存在于腔室中时，浮动的ERG可以涂抹出位于感应线圈的正下方的窗口上的高电压部分(由于线圈和等离子体鞘之间的电容耦合)，减少了溅射在窗口上的这些“热点”上，因此减少晶片上的落上的微粒。另一方面，在无晶片的清洁步骤中，RF驱动ERG能加速和强化在整个窗口的故意溅射。与特定的化学物质进一步组合，这些清洁步骤可以剥落窗口的损伤层，从而修复其等离子体接触面。这两个方面改善了ICP处理工具的微粒性能，特别是在减少落上的微粒上。

这是第一次静电屏蔽件被用来修复ICP等离子体中的介电窗。特定的Ar/NF₃/O₂化学物质也被发现在修复窗口面对等离子体的表面中是有效的，并且当与ERG结合时更加可靠。

图5表明ERG可以减少在初步试验中的Y粒子。TCP窗口的等离子体接触面全部涂覆有氧化钇，因此含钇添加物的数量/晶片(尺寸≥38纳米)被用来评估具有不同配置的微粒性能。EX-PTK腔室的两个TCP窗口的微粒性能如下表述：绘制在最右边的组的一个“好的”窗口，它始终显示具有基线配置的每个晶片＜2.0Y达到82RF小时(无ERG)；和绘制在第一组中的一个“坏的”窗口，显示出了快速的爬升并达到基线上的每个晶片平均-5.6Y(至62RF小时)。以下的ERG和Ar/NF₃/O₂混合物燃烧试验是用这个“坏的”窗口进行。在没有ERG的情况下，达到的最佳性能是提前30分钟运行该混合物燃烧。在这种结构中，Y添加物被降低到每个晶片2.8，显示在第二组中。如在第三组中所示，使用ERG，并在晶片清洁中加入的30秒混合物步骤期间供电，Y添加物的水平可与“好的”窗口相媲美。

在一些实施方式中，静电屏蔽件在晶片处理过程中浮动。在其他实施方式中，所述静电屏蔽件在晶片处理过程中被供电。这样的RF供电将提供另一个控制旋钮。

各种实施方式可具有不同数量的瓣状件组。瓣状件组可以是与相关线圈对称的。例如，对于两倍方位角对称线圈，可以使用两瓣状件组静电屏蔽件。

在其他实施方式中，径向瓣状件可不形成径向辐条，但也可具有其它结构，例如是成角度的或非线性的，诸如弯曲的。在这样的实施方式中，径向瓣状件的方向分量将是径向的，并且如上文定义的，径向分量将沿着衬底半径的至少80％延伸。在其它实施方式中，介电窗可由其他材料代替氧化钇制成。可以使用其它的介电陶瓷材料。可以使用其它的金属氧化物。

在其他实施方式中，静电屏蔽件由偏压电源供电，所述偏压电源允许取消单独的屏蔽电源。在其他实施方式中，瓣状件组可具有附加径向瓣状件，所述附加径向瓣状件堆叠在其他径向瓣状件之上并由介电层分隔开。

尽管本发明按照几个优选实施方式进行了描述，但是存在落入本发明的范围之内的改变、变换和各种替代等同物。存在实施本文所公开的方法和装置的许多替代方式。因此，意图是下面所附的权利要求被解释为包括在本发明的真实精神和范围内的所有这些改变、变换和各种替代等同物。

Claims (10)

1.一种在等离子体处理室中使用的具有多个电引线的静电屏，包括：

多个瓣状件组，每一个瓣状件组包括基本平的结构，其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘，并且其中每个瓣状件组电连接到所述多个电引线中的至少一个，并且其中所述多个瓣状件组形成围绕垂直轴的径向对称；和

每个基本平的结构包括导电环的一部分，和多个导电瓣状件，每个导电瓣状件连接到所述导电环的一部分，并且除了所述导电瓣状件连接到所述导电环的一部分的地方，每个导电瓣状件与其他导电瓣状件绝缘，其中所述至少一个电引线被连接到每个瓣状件组中的基本等电位位置。

2.如权利要求1所述的静电屏，其中每个瓣状件组的导电环的一部分位于所述瓣状件的径向向内的端部。

3.如权利要求1所述的静电屏，其中每个瓣状件组的导电环的一部分位于所述瓣状件的径向向外的端部。

4.如权利要求1所述的静电屏，其中所述瓣状件组是基本共面的。

5.如权利要求1所述的静电屏，其中所述瓣状件通过径向方向上的狭缝形成，所述狭缝内的空间是非导电的，并且其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘是通过在所述瓣状件组之间提供非导电空间来实现，其中所述瓣状件组之间的非导电空间还包括径向方向上的狭缝。

6.一种在等离子体处理室中使用的射频窗，包括：

介电材料盘；

置于所述介电窗上的如权利要求1所述的静电屏。

7.如权利要求6所述的窗，其中所述盘和所述静电屏通过共烧结整体形成。

8.如权利要求7所述的窗，其中所述静电屏包括钨、钽、铜、银、铝或钼中的一种或多种。

9.一种使用和维持等离子体处理室的方法，包括：

将衬底置于电感耦合的等离子体处理室中；

使处理气体流入所述等离子体处理室；

通过浮动的静电屏蔽件和介电窗提供电感耦合功率到所述等离子体处理室；

停止所述处理气体的流动以及电感耦合功率的提供；

从所述等离子体处理室中去除所述衬底；

使窗口修复气体流入所述等离子体处理室；

通过所述静电屏蔽件和所述介电窗提供电感耦合功率到所述等离子体处理室；

提供RF功率到所述静电屏蔽件；以及

停止所述窗口修复气体的流动和所述电感耦合功率和所述RF功率的提供。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述等离子体处理室具有多个电引线，并且其中所述静电屏蔽件包括：

多个瓣状件组，每一个瓣状件组包括基本平的结构，其中每个瓣状件组与任何其他瓣状件组绝缘，并且其中每个瓣状件组电连接到所述多个电引线中的至少一个电引线，并且其中所述多个瓣状件组形成围绕垂直轴的径向对称；和

每个基本平的结构包括导电环的一部分，和多个导电瓣状件，每个导电瓣状件连接到所述导电环的一部分，其中所述至少一个电引线被连接到每个瓣状件组中的基本等电位位置。