CN114730686A - 用于半导体设备的吸附室壁 - Google Patents

Abstract

限定在等离子体处理室中的吸附结构包括具有一个或多个加热元件以加热吸附结构的内层、具有冷却剂流输送网络的中间部分，冷却剂通过该冷却剂流输送网络循环以将吸附结构冷却到允许选择性吸附在处理室中释放的副产物的温度、以及连接到真空管线的真空流网络以产生低压真空并去除从吸附结构释放的副产物。晶格结构限定在中间部分上，晶格结构包括限定在多个层中的开口网络以增加表面积以提高副产物吸附。内部部分邻近中间部分设置。晶格结构的外层面向室的内部区域。晶格结构的层中的开口的尺寸从内层到外层逐渐增大，使得外层为吸附副产物提供更大的表面积。真空管线在吸附步骤期间被激活，以在晶格结构中产生相对于室中压力的低压区域，以吸附副产物。解吸步骤与WAC/CWAC一起进行，以可靠地从吸附壁上去除积累的副产物。

Description

用于半导体设备的吸附室壁

技术领域

本实施方案涉及半导体衬底处理设备工具，更具体地涉及一种具有吸附室壁的设备工具，用于控制在衬底处理期间释放的颗粒和其他副产物的吸附和解吸。

背景技术

在诸如等离子体室的半导体处理系统中，反应气体用于产生等离子体以蚀刻衬底表面上的各种微观特征。这些反应气体产生副产物颗粒，例如聚合物。这些副产物粘附在暴露的表面上，例如室壁或衬里的内壁上。必须定期去除这些副产物，以防止累积的副产物污染衬底表面并对工艺结果产生不利影响。

清洁室壁的一种方式是打开室并手动清洁壁。手动清洁对于各个室(即处理模块(PM))可能不同，导致PM与PM不匹配。此外，如果不仔细进行手动清洁，则可能会损坏室的一个或多个部件。除了PM与PM不匹配之外，由于每次清洁后将室重新启动以处理衬底所需的时间，产量可能会受到影响。

其他自动化程序，例如无晶片自动清洁(WAC)和覆盖晶片区域清洁(CWAC)，运行各种工艺配方(气体类型、气流、温度、压力、持续时间等)以实现一致且可重复的室清洁，这消除了打开室进行清洁的需要。然而，在某些应用中，WAC/CWAC工艺很长，并且可能需要频繁执行(例如，每次处理晶片后)，这可能会导致产量显着降低。此外，WAC和CWAC工艺使用恶劣的等离子体化学物质来去除室壁上的残留物，这些恶劣的环境还会腐蚀室部件，例如室壁、电极和边缘环。

一旦室壁已被清洁，衬底的处理就重新开始。在衬底处理过程中，室表面上的工艺副产物的积累会改变这些表面对进入颗粒的反射率，这会导致等离子体场随时间发生变化，并可能导致工艺漂移。这可能是由于副产物积累在室内的各个表面上(室壁上或内衬或上电极表面上或暴露于等离子体的任何其他表面上)和在室内被处理的衬底暴露于室内的各种程度的副产物积累。例如，在室清洁后立即处理的第一衬底暴露于清洁的室壁，并且随着室壁上的副产物积累增加，在室中处理的每个后续衬底暴露于室内不同程度的清洁度。这会导致衬底到衬底(或晶片到晶片)的工艺漂移。当衬底随时间经受不同的蚀刻速率时，可能会发生额外的衬底到衬底漂移。当衬底暴露于其他工艺(例如沉积等)时，可能会出现类似问题。

对于一些工艺时间长的应用，沉积在室表面上的工艺副产物的积累可能达到一个点，其中室表面上沉积膜的厚度达到临界值，此时膜开始破裂并将颗粒喷射到室中，从而在晶片上造成缺陷。为了帮助延缓副产物膜的破裂并在衬底到衬底之间创造更均匀的环境，通常在工艺开始之前将预涂层材料沉积在室壁上。然而，对于持续时间很长的工艺，预涂层技术可能不足够。

本公开的实施方案正是在这种背景下出现的。

发明内容

本实施方案涉及提供具有大表面积的吸附壁，其可以吸附在衬底处理期间释放在室内的大量副产物。无需打开室就能清洁吸附在吸附壁上的副产物污染物。由于吸附壁的大表面积，室无需清洁即可处理晶片的持续时间增加。在各个实施方案中描述的吸附壁提供了一种执行吸附步骤和解吸步骤两者的方法。在吸附步骤中，吸附壁的温度保持在足以选择性吸附颗粒(特别是在衬底处理过程中产生的蚀刻副产物颗粒)并使其凝结的水平，同时防止用于在室中处理衬底的(一种或多种)反应气体凝结。在解吸步骤中，吸附壁被加热到足以从吸附壁释放沉积的蚀刻副产物的温度，并且在有或没有气体吹扫自动清洁(GPAC)的情况下执行无晶片自动清洁(WAC)和覆盖晶片区域清洁(CWAC)。由于吸附壁有助于吸附副产物并且进入的副产物颗粒不会从室表面反射回来，吸附壁在本文中也称为“非反射”室壁。

以例如金属泡沫形式的晶格结构被限定在吸附结构中以成功地吸附在衬底处理期间释放的副产物。晶格结构提供了增加的表面积，使得能够在需要清洁室之前吸附更多的副产物量，从而降低需要执行WAC/CWAC的频率。晶格结构包括不同尺寸的开口层，以帮助成功吸附副产物。通过使冷却剂流过限定在吸附结构中的内部通道，吸附结构的温度被维持在足以冷凝在衬底处理期间释放的副产物的温度。在处理一定数量的衬底之后，晶格结构的表面温度通过流经内部通道的热量或任何其他方式升高，从而在WAC/CWAC期间从晶格结构中解吸副产物并通过使用泵进行吹扫而去除副产物。在解吸步骤开始之前要处理的衬底数量是特定于工艺的，并且被选择以优化产量，同时最大限度地减少缺陷和可变性。由于在工艺过程中通过室的吸附结构去除了副产物，室中处理的衬底的整体质量大大提高，因为随时间变化的室壁反射率所引起的工艺漂移被最小化。此外，由于无需打开室即可进行清洁，或无需在每个衬底之后都执行WAC/CWAC，在室中处理的衬底的输出有显着改善，因为调节室以处理衬底的延迟被最小化。此外，由于增加了可沉积工艺副产物的有效壁表面积，延迟了达到膜开裂的临界值的副产物膜厚度，从而减少了晶片上的缺陷。此外，由于清洁不是手动执行而是使用吸附结构自动执行，处理室到处理室的不匹配和衬底到衬底的漂移被最小化。此外，通过有效提高吸附壁上工艺副产物的吸附速率，室内副产物的可用性降低，从而降低了副产物沉积在其他室表面上的速率。这通过也帮助降低其他室表面需要清洁的频率间接地提供了积极的副作用。下面描述本公开的几个创造性实施方案。

限定在室的一部分中的吸附结构包括内部部分、中间部分和晶格结构。内部部分包括一个或多个加热元件。加热元件通过加热电缆连接到热源。中间部分包括冷却剂输送网络以允许来自冷却剂源的冷却剂流过限定在其中的一个或多个通道。中间部分还包括连接到真空管线的真空导管。中间部分紧邻内部部分设置。晶格结构被限定为与中间部分相邻，使得晶格结构的外层面向室的内部区域。晶格结构具有开口网络并连接到中间部分中的真空导管。真空管线用于去除吸附在晶格结构中的副产物。

在另一个实施方案中，描述了一种用于吸附和去除在室中产生的副产物的方法，该室包括限定在室的一部分中的吸附结构。该方法包括通过使冷却剂在限定在吸附结构的中间部分内的一个或多个通道中流动来将吸附结构冷却到第一温度。冷却剂从冷却剂源循环通过冷却剂入口、通过一个或多个通道并通过冷却剂出口流出。使用冷却剂流来冷却吸附结构是一个示例，也可以采用其他冷却吸附结构的方法，包括热电冷却，只要其他方法有足够的能力冷凝并将温度保持在期望水平。第一温度可以限定为足以增加释放在室中的副产物的吸附，但不会冷凝室中使用的反应气体。该方法还包括使用在吸附结构中限定的晶格结构或更一般地架构结构来捕获在衬底处理期间释放在室内的副产物。晶格结构包括开口网络，并且副产物在晶格结构的面向室内部区域的外层处被捕获并被推向与中间部分相邻的内层。吸附结构被加热到第二温度以便在解吸室清洁期间从晶格结构的开口网络释放副产物。使用限定在内部部分中的一个或多个加热元件来加热晶格结构，其中内部部分邻近中间部分设置，中间部分邻近晶格结构。从晶格结构释放的捕获的副产物通过WAC/CWAC程序(结合GPAC或不结合GPAC)、并通过耦合到晶格的真空管线去除，其中真空管线使用泵操作。

本发明的其他方面将通过以下结合附图的详细描述变得显而易见，附图以示例的方式示出了本发明的原理。

附图说明

可以通过参考结合附图进行的以下描述来最好地理解实施方案。

图1图示了根据本公开的一种实施方式的示例蚀刻室的简化视图，其中吸附结构限定在蚀刻室的壁的一部分上。图1A图示了根据本公开的一种实施方式的吸附结构的展开视图。

图2图示了根据本公开的一种实施方式的识别不同部件的吸附结构的展开视图。图2A图示了根据本公开的一种实施方式限定在吸附结构中的真空管线网络的展开视图。图2B图示了根据本公开的一种实施方式限定在吸附结构中的冷却剂流输送网络的展开视图。

图3图示了根据本公开的一种实施方式的具有限定在其上的吸附结构的替代蚀刻室的简化视图。

图4A图示了根据本公开的一种实施方式的蚀刻室的简化俯视图，其标识了一些室部件和吸附结构的一种示例配置。

图4B图示了根据替代实施方式的蚀刻室的简化俯视图，其标识了一些室部件和分段吸附结构的第二示例配置。

图5图示了根据本公开的一个实施方式的具有吸附结构的替代示例配置的蚀刻室的简化俯视图。

图6A图示了根据本公开的一个实施方式的蚀刻室的第一替代示例的简化视图，其中吸附结构被设置为覆盖室壁的一部分。

图6B图示了根据本公开的一种实施方式的蚀刻室的第二替代示例的简化视图，其中吸附结构设置在限定在室中的C形护罩的一部分上。

图7A图示了根据本公开的一种实施方式的在吸附壁中用于吸附副产物的示例性架构材料的简化框图。

图7B图示了根据一种实施方式的显示图7A中标识的不同部件的架构材料的示例。

图8图示了根据本公开的一种实施方式的使用吸附结构来吸附和去除在室中释放的副产物的示例方法。

图9图示了根据一种实施方式的用于控制集群工具的各种工艺参数(包括温度和用于控制吸附结构的操作的其他参数)的控制模块(即，控制器)。

具体实施方式

尽管出于说明的目的，以下详细描述包含许多具体细节，但是本领域普通技术人员将理解，以下细节的许多变化和改变都处于本公开的范围内。因此，在不损失对本说明书所附权利要求的一般性且不对其施加限制的情况下，阐述了下文描述的本公开的方面。

一般而言，本公开的各种实施方式描述了用于提供吸附结构的系统和方法，该吸附结构可以集成到用于处理衬底的室的内部区域中，以去除在衬底处理期间在室中产生的颗粒和其他副产物。其中集成有吸附结构的壁的部分可以是室壁的一部分、或限定在室内的衬里的一部分、或限定在室内的等离子体限制结构的一部分，其中该部分与上电极(例如，喷头等)和下电极(例如，静电卡盘(ESC)、基座等)之间限定的间隙对齐。吸附结构包括可以由架构材料(例如金属泡沫或蜂窝)制成的晶格结构、冷却剂流网络、一个或多个加热元件、一个或多个耦合到真空管线以有效地吸引和去除在室内产生的副产物的真空导管。晶格结构为有效吸附副产物提供了大的表面积。冷却剂源提供可以循环通过通道的冷却剂，以便将吸附结构保持在适合于在工艺期间一致地吸附副产物的温度。为了在晶格结构上保持一致的吸附率，该工艺中的壁温度可能与时间相关，以解释先前沉积在晶格表面上的膜的增加的热阻。热源用于向晶格结构提供热量，使得吸附在晶格结构上的副产物在WAC/CWAC期间迅速释放出来。真空管线连接在吸附结构和泵(例如真空涡轮泵)之间，以在吸附壁上局部提供真空，以去除释放的副产物。使用吸附结构对副产物的有效吸附和去除(解吸)，确保室中释放的副产物不会从它们附着的表面反射回来并污染衬底表面，从而保持了衬底质量。

在没有吸附结构的传统室设计中，副产物扩散并积累在室的壁上。在衬底的处理过程中，一些副产物，例如聚合物，会积累在室壁上。当副产物的积累达到临界膜厚度时，膜可能破裂并将大小不一的颗粒释放到室中，这些颗粒可能粘附在衬底表面，从而在衬底(即晶片)上产生缺陷。副产物在壁上的扩散和积累很慢，导致工艺漂移。为了防止工艺漂移，提高室内衬底的处理质量，并减少晶片上的缺陷，传统方法需要使室断电，打开，手动擦洗壁，关闭，调节，并再次通电。这种清洁室的处理需要时间，并且会根据每个室中完成的清洁水平导致室到室的漂移。当蚀刻速率因衬底而异时，可能会发生额外的工艺漂移，这可能取决于正在形成的特征的类型。

为了减少停机时间、处理室到处理室的不匹配，以及增加室中的衬底处理产量，使用了其他自动化程序，例如无晶片自动清洁(WAC)和覆盖晶片区域清洁(CWAC)。WAC/CWAC运行各种工艺配方(气体类型、气体流量、温度、压力、持续时间等)以实现一致且可重复的室清洁，并且无需打开室即可完成此类清洁。WAC是在没有任何晶片(即衬底)的情况下执行的，而CWAC使用放置在ESC上的虚拟晶片(dummy wafer)来保护ESC在CWAC期间免受等离子体引起的腐蚀。通常在WAC过程中，当ESC作为下电极使用时，关闭ESC的电源以防止ESC损坏，并运行用于清洁的工艺配方。WAC中使用的工艺配方必须有效，以延迟打开室以进行彻底清洁。用于去除室壁上残留物的等离子体化学物质也会腐蚀室部件，例如室壁、电极、边缘环、TCP窗口表面等。

在本文的各种实施方式中描述的吸附结构有助于减少晶片上的缺陷、降低需要执行WAC/CWAC的频率、最小化工艺衬底到衬底的漂移、保持室壁的条件一致，并最大限度地去除副产物。由于无需将室打开到大气条件下即可执行清洁处理，因此提高了产量并减少了室到室的不匹配。

在各种实施方式中描述的吸附结构通过接合泵以在吸附结构处限定局部低压区域而充当颗粒(即，副产物)“黑洞”。在衬底处理期间，吸附结构用于执行吸附步骤，其中吸附结构保持在足够冷的温度以在室中以选择性方式可靠且一致地吸附气体，例如通过吸附工艺副产物，但不冷凝室中使用的(一种或多种)反应气体。在一些实施方式中，吸附壁温度可以是时间相关的并且设置为选择性地将各种气体冷凝在吸附壁上以实现最佳工艺结果。

在一种实施方式中，室中的下电极可以是静电卡盘(ESC)，其为接收用于处理的衬底提供支撑表面。当静电钳位电压被施加到包括在ESC中的钳位电极时，ESC通过向衬底提供静电钳位力来操作。钳位力以及因此钳位电压是与工艺相关的参数，并在工艺配方设置期间定义。用于处理衬底的等离子体的室压力也是与工艺相关的参数，并在工艺配方设置期间定义。与作为工艺相关参数并在配方设置期间定义的ESC温度和室压力类似，吸附壁温度取决于工艺并且可以在配方设置期间定义为配方参数。通过在配方设置期间控制吸附壁温度，可以对室条件进行更多控制，以获得最佳工艺结果。吸附结构的真空管线网络与吸附结构中的低温一起提供了一个局部低压区域，这有助于将副产物颗粒选择性地吸附到吸附壁上。吸附结构的晶格结构上的化学涂层有助于气体和副产物物质的选择性吸附。

在衬底处理之后，当需要从副产物的积累中清洁吸附结构时，执行解吸步骤。在解吸步骤中，可以将吸附结构加热到允许副产物更有效地从晶格结构中释放的期望温度。吸附结构中嵌入的加热元件用于加热吸附结构。此外，关闭施加到室的局部低压并执行WAC/CWAC(即自动清洁)。在解吸步骤中，使用涡轮泵通过真空管线去除从晶格结构中释放的副产物。在一种实施方式中，可以使用限定在室中的常规泵前管线去除从晶格结构释放的副产物。解吸步骤充分清洁吸附结构，使得具有清洁的吸附结构的室准备好进行额外的衬底处理。

为了有效地从室中去除副产物，吸附壁使用大表面积、在吸附步骤期间的低表面温度以有效地吸附副产物、以及在解吸步骤期间的高表面温度以释放吸附在吸附结构上的副产物。吸附结构设计中包括的晶格结构提供了大表面积以有效吸附副产物，同时最大限度地减少副产物在单个位置的积累。晶格结构包括具有优化的拓扑的开口网络，其允许增加晶格结构的有效导热率，以通过内部冷却/加热系统对晶格结构进行有效冷却/加热。限定在吸附结构内部的通道允许在吸附步骤期间当吸附结构保持在低温时冷却剂的流动，并且允许在解吸步骤期间当必须加热吸附结构以从晶格结构释放副产物时热量的流动。

本公开的实施方案提供了一种吸附结构，其限定在半导体处理工具(例如，等离子体处理室)的一部分中，用于在处理衬底期间去除释放在处理工具中的副产物。在一些情况下，吸附结构可以被限定在等离子体处理室的室壁的一部分上，或者在作为处理室的室壁衬里的内衬的一部分上，或者在限定在处理室中的等离子体限制结构的一部分上，等等。无论吸附结构被限定在室的哪个表面上，吸附结构都被限定为与设置在室中的上电极(例如，喷头)与下电极(例如，电静态卡盘、基座等)之间的间隙对齐。可以理解，类似的吸附技术可以应用于任何其他有高可能性积累工艺副产物的室表面(例如，设置在室中的TCP窗口、上电极等)。

变压器耦合等离子体(TCP)窗口通常设置在室中以提供真空密封。TCP窗口表面上存在的导电副产物膜可能会降低室中电磁电流的效率，从而损害或不利地影响蚀刻过程。为了避免对蚀刻过程产生不利影响，可能需要经常清洁室的表面(包括TCP窗口的表面)以去除沉积的副产物膜。清洁频率会增加相当长的室停机时间。除了相当长的室停机时间外，频繁的清洁可能会腐蚀TCP窗口，缩短TCP窗口的使用寿命。因此，通过使用吸附壁，用于沉积在室内的各种表面(包括TCP窗口表面)上的副产物的可用性降低。这通过帮助降低室表面也需要清洁的频率而间接提供了积极的副作用。

本公开的实施方案涉及在使用诸如蚀刻、沉积、电镀、抛光、清洁、旋转等操作处理衬底中使用的处理工具，并且产生需要去除的副产物。其中可以实施吸附结构的一些示例处理工具包括等离子体蚀刻室、旋转冲洗室、金属电镀室、清洁室、斜边蚀刻室、沉积室(例如，物理气相沉积(PVD)室、化学气相沉积(CVD)室、原子层沉积(ALD)室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室等)、原子层蚀刻(ALE)室、离子注入室、或可能与导致副产物释放的半导体衬底制造和/或生产相关联或者在导致副产物释放的半导体衬底制造和/或生产中使用的任何其他半导体处理工具。此外，本公开的实施方案不限于本文提供的示例，并且可以在采用不同配置、几何形状和等离子体产生技术(例如，电感耦合系统、电容耦合系统、电子回旋共振系统、微波系统等)的不同等离子体处理系统中实践。

借助对本公开的上述一般理解，现在将参考各种附图来描述各种实施方式的细节。应当注意，在一幅或多幅图中类似编号的元件和/或部件旨在通常具有相同的配置和/或功能。还应注意，附图可能不是按比例绘制的，并且在某些情况下，某些特征或部件可能被夸大以说明和/或强调新概念。显然，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本实施方案。在其他情况下，没有详细描述众所周知的工艺操作，以免不必要地混淆本实施方案。

图1图示了根据本公开的一种实施方式的用于接收衬底并在衬底表面上蚀刻特征的处理工具100(例如，等离子体蚀刻室或模块)的简化框图。等离子蚀刻室(在本文中也称为“室”)100包括顶部电极102和底部电极104。顶部电极102被配置为连接到一个或多个反应气体源(未示出)以提供(一种或多种)反应气体到室100和电源(例如，通过匹配网络(未示出)到射频(RF)电源(未示出))，以提供在室100内产生等离子体的功率。顶部电极102可以是具有多个出口的喷头，该多个出口限定在面向下电极104顶表面的底表面上，以将(一种或多种)反应气体提供给限定在室100中的等离子体处理区域106。下电极104可以是静电卡盘或基座，其提供支撑表面以在处理期间接收和支撑半导体衬底(或在本文中简称为衬底或替代地称作晶片)。下电极可以接地。在替代实施方式中，上电极102可以接地并且下电极104可以通过RF电源或任何其他电源供电。等离子体蚀刻室100连接到泵107，泵107用于从室100中去除(一种或多种)反应气体。

在上电极102和下电极104之间形成间隙，以允许从供应到室100的(一种或多种)反应气体形成等离子体。间隙限定等离子体处理区域106，其覆盖由上电极102和下电极104限定上边界和下边界的区域，其侧边界限定在上电极102和下电极104的外边缘之间限定的侧上。使用由反应气体形成的等离子体以蚀刻接收在下电极104上的衬底的顶表面上的特征。在蚀刻操作期间释放的副产物(例如聚合物和其他颗粒)可能粘附到与间隙106对齐的室壁105的部分或其他表面。

为了更好地控制在衬底处理期间释放的颗粒和其他副产物的吸附和解吸，吸附结构110限定在室100的壁105的与等离子体处理区域(即间隙)106对齐的部分中。吸附结构110被设计为吸附壁，其用于选择性地吸附(在处理期间)和解吸(在清洁期间)室中的气体，例如，吸附副产物同时确保(一种或多种)反应气体不凝结在吸附结构110的表面上。吸附结构110包括多个部件并且通过真空管线108连接到泵107。

图1A图示了根据一种实施方式的示例性吸附结构110部分，其限定在图1所示的室100的壁105的一部分中。吸附结构110用于执行吸附步骤和解吸步骤。吸附步骤在衬底处理期间执行，而解吸步骤在衬底已经处理之后并且当必须清洁吸附结构110时执行。吸附结构110包括具有不同特征的多个层，这些层选择性地接合以执行吸附步骤和解吸步骤。例如，吸附结构110包括内部部分111，其中嵌入了一个或多个加热元件115。在一个实施方案中，加热元件115可以是电阻加热器。一个或多个加热元件115可以通过加热电缆连接到热源并且用于在解吸步骤期间将吸附结构110加热到期望的温度。

吸附结构110还包括与内部部分111相邻设置的中间部分112。通道122限定在中间部分112中以允许冷却剂流过从而在吸附步骤期间将吸附结构110保持于低温。通道122的尺寸可以取决于所使用的冷却剂的类型和冷却吸附结构110所需的冷却剂的流率。对于高流率，通道尺寸可以设计为更大，并且对于低流率通道122的尺寸可以设计成直径更小。在吸附步骤期间吸附结构110被冷却的温度取决于在室中执行的工艺的类型、(一种或多种)反应气体的冷凝温度、正在释放的副产物的类型等。通道122可以是限定在中间部分112中的冷却剂流输送网络110a的一部分。冷却剂流输送网络110a包括一个或多个通道，来自冷却剂源的冷却剂通过这些通道进行循环。将参照图2A和2B详细描述冷却剂流输送网络110a的细节。

吸附结构110还包括与中间部分112相邻限定的晶格结构。示例晶格结构114在图1A中表示。在一些实施方式中，晶格结构114以及内部和中间部分由单一类型的材料制成。在替代实施方式中，晶格结构114可以由一种类型的材料制成，而内部和中间部分可以由另一种类型的材料制成。晶格结构114包括互连梁的网络，其具有限定在多个层中的开口，其中晶格结构114的每一层包括多个开口。晶格结构114被限定为使得晶格结构114的开口的内层紧邻中间部分112设置并且晶格结构114的开口的外层面向室100的内部区域。晶格结构114被设计成使得每一层的开口尺寸逐渐增大，从具有最小尺寸开口的内层开始，到具有最大尺寸开口的外层。每层中开口的尺寸可以根据要吸附的副产物的类型来定义。替代地或附加地，每层的开口的尺寸可以取决于限定室100内的等离子体处理区域106的间隙的尺寸。因为不同的室100具有不同尺寸的间隙，所以在晶格结构114的每层中的开口的尺寸可以基于在上电极102和下电极104之间限定的间隙(即，等离子体处理区域)106的尺寸而变化。

在图1所示的示例室100中，吸附结构110显示为直接设置在室壁105上与上电极102和下电极104之间的间隙106对齐的部分中。图1显示室100的垂直截面图，示出了设置在室壁105两侧的吸附结构110。吸附结构110可以定义为安置在室壁105的该部分中的单件。在此示例室中，上电极102和下电极104的外边缘与室壁105之间的区域显示为打开的。在另一种实施方式中，吸附结构110可以限定在室100中限定的内衬的一部分中。内衬限定在室壁105的内侧并且可以平行于室壁105延伸。将参考图4和5详细描述限定在内衬的一部分中的吸附结构110的这种实施方式。

在替代实施方式中，等离子体限制结构，例如一组限制环，被限定为在室100内在上电极的外边缘和下电极的外边缘之间延伸。限制环是一组平行环，其延伸以封闭间隙106。限制环可以设置在水平方向并在上电极和下电极之间垂直延伸。将参考图6A更详细地讨论吸附结构110在具有限制环的室中的实施细节。在另一实施方式中，等离子体限制结构可以是C形护罩，其被限定为在上电极的外边缘和下电极的外边缘之间延伸，使得C形护罩包围间隙106。在该实施方式中，吸附结构110被限定在C形护罩的一部分中。将在图6B中更详细地讨论具有限定在C形护罩上的吸附结构110的这种实施方式的细节。

晶格结构连接到真空管线108，真空管线108耦合到泵107。由泵107与晶格结构114一起施加的真空在吸附结构110中产生低压区域。该低压区域导致副产物流向晶格结构114并通过真空管线108去除，同时最大限度地减少(一种或多种)反应气体从室100的损失。具有增加表面积的晶格结构114确保最大量副产物被吸附在晶格结构114上，同时降低了需要执行清洁的频率，从而提高了产量。例如，在图1和1A所示的示例实施方式中，在室100内产生的等离子体具有大约40mTorr的压力，而由泵107提供的真空允许在晶格结构处限定局部压力梯度，从暴露于等离子体处理区域106的外层处的大约40mTorr到连接到真空导管和真空管线108的内层处的大约20mTorr。该压力梯度有助于副产物流向泵107。上述等离子压力和压力梯度仅作为示例提供，不应视为是限制性的。当(一种或多种)气体通过不同尺寸的开口时，在处理衬底期间释放到室内的颗粒和其他副产物被晶格结构吸收。晶格结构的架构被设计成其有效热导率足够高以允许晶格梁的快速冷却和加热。将参考图7A和7B详细描述具有晶格梁的示例晶格结构。

例如，外层中面向室内部的较大开口可以帮助更大量的副产物向晶格结构的内层进入，并确保副产物不会聚集在一点。在一些实施方式中，晶格结构可以具有粗糙的表面光洁度以提高副产物对晶格结构114的粘附，这也有助于延迟晶格结构上的沉积膜的微破裂。在替代实施方式中，可以对晶格结构进行阳极氧化(即，涂覆)以提高副产物的粘附和它们在恶劣的等离子体环境中的恢复能力。在一些实施方式中，晶格结构由铝制成。实施方式不限于用于构建晶格结构的铝，而是可以包括能够提供本文定义的晶格结构的功能的任何其他材料。在一些实施方式中，内部部分和中间部分也可以使用铝来构造。在一些实施方式中，在晶格结构中限定的低压区域使得吸附的副产物能够从外层扩散到晶格结构114的内层中，从而允许额外的副产物被吸附在外层上。在室100中的衬底处理期间执行吸附结构110的冷却和真空流。

主真空管线113限定在室100和泵107之间以从室100排出(一种或多种)反应气体和其他化学物质。主真空管线113的第一端耦合到涡轮泵107，并且主真空管线113的第二端连接到室100的底部部分。

在一些实施方式中，压力传感器131沿吸附结构110和泵107之间的真空管线108设置。压力传感器131用于监测经由真空管线108离开吸附壁的物质的压力并且在一种实施方式中，可以被配置为当压力下降到低于预定阈值水平时向与室100的压力传感器131通信连接的控制器产生信号。压力的下降可以指示已经沉积在晶格结构上的副产物的量，从而防止(一种或多种)气体流向真空管线108。当检测到在真空管线108中流动的(一种或多种)气体的这种压力下降时，需要执行清洁操作并且来自压力传感器131的信号可以被控制器(未示出)使用以安排清洁操作。在另一种实施方式中，压力传感器可以周期性地向控制器提供测量的(一种或多种)气体的压力，控制器然后可以使用压力传感器读数来确定何时需要清洁。

预定义的阈值水平可以表示为低于以每平方英寸压力(psi)表示的特定压力值，或真空管线108中初始压力值的百分比(例如，低于40％)等。可以提供预定义的阈值水平作为室参数之一。控制器可以是通信连接到计算设备的设备或者可以是计算设备的组成部分。用于使用多个室参数管理室操作的控制器可以基于来自压力传感器131的信号启动清洁操作。将参考图9详细描述控制器的不同部件及其功能的细节。

在一种实施方式中，除了压力传感器131之外，还可以沿压力传感器131和泵107之间的真空管线108设置阀132以控制吸附结构110上的真空管线108的压力。阀132被配置为控制真空管线108的操作。阀132可以是使用气动或任何其他形式的致动器进行操作的任何类型，例如闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。上述阀的示例是作为样本提供的，不应被认为是详尽的或限制性的。

当需要执行解吸步骤以清洁晶格结构114上的积累物时，使用吸附结构110的选定部件。例如，使用来自内部部分111的加热元件和来自晶格结构114的真空管线108执行解吸步骤。解吸步骤在室100中不存在衬底时执行(即，使用WAC/CWAC工艺)。在解吸步骤中，调节真空管线108中的阀132以关闭局部压力。包括在内部部分111中的加热元件115被激活以向吸附结构110提供热量，以在正在执行WAC/CWAC时将吸附结构110加热到足以释放已经粘附到晶格结构114的副产物的温度。应当注意，加热元件115是加热吸附结构110的一种方式，并且也可以采用加热吸附结构110的其他方式，例如电阻加热器、通过适当通道的热流体流等。晶格结构114必须被加热到的温度取决于在室100中执行的工艺的类型、释放的副产物的类型、晶格结构114中使用的材料的类型等。然后将释放的副产物吹扫出室100。在一些实施方式中，室100可具有来自衬底处理的一些剩余的(一种或多种)反应气体，并且从晶格结构114的表面释放的副产物可与剩余的(一种或多种)反应气体混合并被吹扫出室100。在一些实施方式中，副产物可通过主真空管线113吹扫。在解吸步骤之后，室100准备好接收衬底以进行处理。

在一些实施方式中，吸附结构110的各种部件的输入和输出可以通过室壁105的背侧(即，外侧)传送(route)。在替代实施方式中，如果吸附结构110被限定在内衬的一部分上，则输入和输出可以通过下电极104或通过上电极102或内衬的外部传送。在一些实施方式中，吸附结构110的输入和输出都可以通过为室100限定的设施线传送，到室100的其他输入和输出通过该设施线传送。

图2图示了在一种实施方式中，集成到室100的室壁105的一部分中的示例吸附结构的各种部件。吸附结构110的组成部分包括内部部分111、中间部分112和晶格结构部分114。吸附结构110用于执行两个步骤——吸附步骤和解吸步骤，并且使用吸附结构110的不同组成部分执行这两个步骤。吸附步骤用于吸附室100中产生的副产物，并在衬底处理期间执行。吸附结构110的中间部分112和晶格结构114用于将副产物吸附到晶格结构114中。解吸步骤用于将吸附的副产物从晶格结构114中释放出来以将它们从室100去除，并且在室100中不存在工艺晶片时作为WAC/CWAC工艺的一部分执行。然而，在CWAC期间可以将虚拟晶片放置在ESC上以保护ESC免受等离子体造成的损坏。内部部分111用于在解吸步骤期间向晶格结构114提供热量。

图2A图示了限定在中间部分112中的冷却剂流输送网络110a(由图2中的横截面“A-A”表示)的细节。冷却剂流输送网络110a用于将吸附结构110冷却到足够冷的温度以吸附副产物(例如，从蚀刻操作蚀刻副产物)但尚不足以冷凝在室100中使用的一种或多种反应气体以产生等离子体。因此，冷却剂流输送网络110a包括冷却剂入口118以从冷却剂源(未示出)接收冷却剂、一个或多个通道122以循环冷却剂、和冷却剂出口119，冷却剂通过冷却剂出口119流出并且通过冷却剂入口118重新引入。可以基于用于构造吸附结构110的材料类型、室100中使用的(一种或多种)反应气体类型、产生的副产物类型等限定用于冷却吸附结构110的温度。冷却剂流输送网络110a可以使用机器工具(例如，3D打印机)作为单个单元制造，并与吸附结构110的其他部件集成。提供多个O形环120以允许冷却剂流输送网络部件110a与吸附结构110的剩余部件耦合。

晶格结构114包括在多个层中分布的开口网络，晶格结构114的内层114a邻近中间部分112设置，并且晶格结构114的外层114b面向室100的内部区域。从内层(即，内层中的开口)114a到外层114b(即，外层中的开口)每层的开口尺寸逐渐增加。基于多个可变因素定义晶格结构114中的开口的尺寸，例如举几个例子来说，释放的副产物类型、在室100中执行的工艺类型、在室100中使用的(一种或多种)反应气体的类型、在上部电极102和下部电极104之间限定的间隙的量。当然，提供上述可变因素列表作为示例，并且在确定晶格结构的拓扑时可以考虑更少或更多数量的可变因素。

图2B图示了图2中所示的真空线网络110b的截面“B-B”的展开视图。真空管线网络110b耦合到晶格结构114的内层114a。真空管线网络110b包括真空入口108a，其通过真空管线108耦合到泵107。真空管线108在泵107和晶格结构114的内层114a之间延伸，使得真空管线108的第一部分被限定在吸附结构外部，并且真空管线108的第二部分被限定在中间部分内，在该中间部分它连接到限定在吸附结构110内的真空导管网络108b。耦合到真空管线108的第一部分的泵107也设置在吸附结构110的外部。泵107提供真空以在由晶格结构114覆盖的区域中产生低压区域以帮助释放在室100内的较难冷凝的副产物。沿真空管线108限定并设置在晶格结构114和泵107之间的压力传感器131用于监测通过真空管线108离开室100的(一种或多种)气体的压力，并且当真空管线108提供的吸力水平受到不利影响(即，流经真空管线108的气体的压力下降到预定阈值以下)时产生信号，从而可以启动解吸步骤。在真空管线108中流动的气体的压力下降可以指示在晶格结构114上积累的副产物膜的量。冷却剂流网络110a和真空管线网络110b可以创建为单独的单元并使用一组O形环120与吸附结构110的其他部件耦合。具有冷却剂流输送网络110a和真空管线网络110b的中间部分以及晶格结构114在吸附步骤期间用于吸附晶格结构114内的副产物。

在一种实施方式中，包括在内部部分111中的部件用于释放在解吸步骤期间已经粘附到晶格结构114的副产物。内部部分111包括一个或多个加热元件115，它们可以彼此连接并通过加热电缆117连接到电源。加热元件115可以是电阻加热器或用于将吸附结构110加热到足以释放副产物的温度的任何其他类型的加热器。在解吸步骤期间，由来自泵107的真空局部产生的低压被关闭，并且在加热元件115被打开的同时执行WAC/CWAC。释放的副产物从限定在室100底部和泵107之间的主真空管线113去除。释放的副产物可以与任何剩余的(一种或多种)反应气体一起去除。或者，可以通过相应的气体进料(未示出)将第二气体从第二气体源引入室100，以更好地帮助去除在WAC/CWAC期间由加热的晶格结构114释放的副产物。

每个部件、内部部分111、中间部分112和晶格结构114可以使用具有必要通道的机器工具单独创建，以传送来自内部部件的输入和输出，并且可以使用O形环将其耦合在一起以形成单一的吸附结构单元。此外，如前所述，冷却剂流输送网络110a和真空管线网络110b可以被创建为单独的单元并且耦合到中间部分112，并且中间部分112在一侧耦合到晶格结构114并且使用相应的O形环120在相对侧耦合到内部部分。

与限定在上电极和下电极(102、104)之间的间隙106对齐的室100的室壁105的一部分被识别，并且吸附结构110被集成在室壁105的这部分中。室壁105的这部分的内侧包括多个O形环120以允许吸附结构110与室壁105的内侧紧密耦合。室壁105还包括多个通道以传送吸附结构110的输入和输出，并且这些通道与在吸附结构110中限定的相应输入/输出通道对齐。例如，第一通道(冷却剂入口通道118a)可以限定在室壁105中以传送冷却剂入口118，可以定义第二通道117a以传送加热电缆117，可以限定第三通道108c以传送真空管线108，并且可以限定第四通道119a以传送冷却剂出口119。在替代实施方式中，吸附结构110的各种输入和输出可以通过下电极104向下传送，而不是通过室壁105传送。在其他实施方式中，吸附结构110的各种输入和输出可以通过上电极102传送。

在一些实施方式中，吸附结构110的各种部件可以使用机器工具(例如计算机数控(CNC)机器或三维(3D)打印机工具)制造。在其他实施方式中，吸附结构110的部件可以使用6轴3D打印机制造。在一些实施方式中，吸附结构的不同部件由单一材料(例如铝)制成。在替代实施方式中，不同部件中的每一个可以由不同材料(例如，金属或陶瓷)制成。在该实施方式中，晶格结构114可以由铝制成，并且内部部分111和中间部分112可以由不同于铝的不同材料制成。内部部分111和中间部分112可以由不同于铝的导电材料(即金属)制成。晶格结构也可以涂有二次第二材料。

图3图示了用于捕获和去除副产物的吸附结构110的替代实施方式。在该替代实施方式中，已经粘附到晶格结构114的副产物的清洁(即解吸步骤)是通过使用气体吹扫自动清洁(GPAC)来完成的，该气体吹扫自动清洁(GPAC)通过从晶格结构114的背侧(即内层114a)吹高压气体(例如氮气)以释放已经粘附到晶格结构114表面的副产物(例如聚合物膜)。高压气体可以在副产物上施加足够的力以使副产物从晶格结构114释放。在该实施方式中，解吸步骤可以依靠高压气体而不是加热元件115以释放已经粘附到晶格结构114的副产物。为了最小化设计变化，可以使用已经连接到晶格结构114的内层114a的现有真空管线108以供应高压气体，而不是增加额外的通道。这种设计在图3中示出。第三管线109被限定为使得第三管线109的第一端耦合到真空管线108并且第二端连接到气体源，例如氮气体源121。第三管线109中的阀和真空管线108中的阀132可以一起工作以(a)关闭来自泵107的低压，和(b)控制氮气流入室100的速度。从气体源121供应的氮气被配置为从晶格结构114的内层114a流到外层114b。在一些实施方式中，传感器(未示出)可用于确保氮气以特定压力或流率被输送至晶格结构114。来自压力传感器的信号可用于通过主动控制限定在第三管线109上的GPAC阀来调节N2流率。

在解吸步骤期间，氮气的高压流迫使已粘附到晶格结构表面的副产物释放到室100中。通过操作主真空管线113上的对应阀使用氮气经由主真空管线113去除(即，吹扫)释放的副产物。在替代实施方式中，可以限定单独的气体入口管线，使得单独的气体入口管线的第一端连接到气体源并且第二端连接到晶格结构114的背侧(即内层114a)。如图1所示，图3中的吸附结构被示为限定在室壁105的一部分中。

在图3所示的实施方式中，在吸附步骤期间，继续使用真空管线108以在晶格结构114上提供低压区域，从而副产物可以由晶格结构114吸附。真空管线108形成用于副产物逸出的第二出口。晶格结构114的广阔表面和通过真空管线108引入的真空导致晶格结构114处的低压梯度。因此，在吸附步骤期间，晶格结构114处的低压区域确保最大量副产物被捕获并损失最少量(一种或多种)反应气体。

在一些实施方式中，解吸步骤可以使用加热元件115和高压气体两者来清洁晶格结构114上积累的副产物。在这样的实施方式中，GPAC可以结合WAC/CWAC使用以释放和去除已经沉积在晶格结构114上的副产物。吸附结构110的内层111中的加热元件115可用于加热吸附结构110，并且来自气体源121的高压气体可以通过真空管线108和耦合到晶格结构114的内层114a的真空导管引入。热量和高压气体的效果都可以帮助更快地从晶格结构114释放副产物。释放的副产物可以通过主真空管线113去除。在其他实施方式中，可能需要交替执行WAC或CWAC和GPAC的组合以获得更有效的解吸。

图4A图示了其中设置有吸附结构110的室100的替代实施方式。在该实施方式中，室100包括沿着室壁105的整个内侧限定的内衬125，并且吸附结构110限定在内衬125的部分中。吸附结构110被创建为具有限定长度和宽度的分段件，并且图4A中所示的实施方式包括沿内衬125的不同部分均匀分布并且彼此正交设置的吸附结构部分110。内衬125的限定吸附结构部分110的部分被识别为与上电极和下电极之间的间隙对齐。基于副产物粘附到内衬125的可能性来识别内衬125的部分。在一些实施方式中，吸附结构部分110的输入和输出被传送至内壁的背侧。被传送的输入和输出最终与其他设施线一起连接到控制器(未显示)。提供给控制器的操作参数包括操作吸附结构110的参数。控制吸附结构110的一些操作参数可以包括需要由泵沿真空管线108提供的压差、在吸附步骤期间冷却剂需要将吸附结构冷却到的温度、在解吸步骤期间加热元件需要将吸附结构加热到的温度等。如前所述，这些操作参数可以，例如取决于以下各项：在室100中执行的操作的类型、用于在室中执行操作的(一种或多种)反应气体的类型、正在释放的副产物的类型、使用的衬底的类型、在上电极和下电极之间限定的间隙尺寸、晶格结构不同层的开口尺寸等。

在图4A所示的实施方式中，来自每个吸附结构部分110的输入和输出(即，真空管线108、加热电缆117、冷却剂入口118、冷却剂出口119)通过限定在内衬125和室壁105中的相应通道分别传送到室壁105的背侧。或者，来自每个吸附结构部分110的类似类型的输入和输出可以连接在一起并通过内衬125和室壁105中的通道传送到内衬125的后部或室壁105的后部。在替代实施方式中，来自每个吸附结构部分110的输入和输出可以传送到内衬125的后部，然后向下到下电极104并通过容纳下电极104和/或室100的设施线的通道流出。因此，基于室100和吸附结构部分110的设计，吸附结构部分110的输入和输出被适当地传送到控制器，以允许控制器管理吸附结构110的功能。

图4B图示了图4A中所示的吸附壁结构的替代实施方式。在该实施方式中，吸附结构110沿内衬125的一部分的整个区段(360°)设置，该部分沿室壁105的整个内侧限定。吸附结构的形式为具有限定长度和宽度的分段件，并且图4B中所示的实施方式示出了4个吸附结构部分110，每个覆盖90度并且彼此正交分布。在一些实施方式中，吸附结构可以由覆盖整个区段的单件制成。吸附结构部分110所设置在的内衬125的该部分以与上电极和下电极之间的间隙对齐。吸附结构部分110的输入和输出(即，真空管线108、加热电缆117、冷却剂入口118和冷却剂出口119)分别通过限定在内壁125和室壁105中的相应通道传送。被传送的输入和输出最终与其他设施线一起连接到控制器(未显示)，以允许控制器管理吸附壁的功能。输入和输出的传送是作为示例提供的，并且也可以采用参考图4A描述的传送输入和输出的其他方式。

图5图示了包括吸附结构110的室100的替代实施方式。图5中示出的实施方式包括被限定为小区段的吸附结构110。这些吸附结构部分110沿内衬125分布。然而，与图4的吸附结构部分彼此正交分离不同，图5的吸附结构部分以约5°至约10°的特定分离角度彼此靠近设置。吸附结构部分110之间的小分离角度是为了保证内衬125有足够的表面积被吸附结构部分110覆盖，从而防止副产物粘附在内衬125的表面。此外，使用3D打印机或其他机器工具制造吸附结构110的较小区段更容易且更便宜。来自每个部分的入口/出口被单独传送出，或者每种类型的入口/出口可以组合在一起并被传送出。尽管较小的部分对于制造来说可能具有成本效益，但入口/出口的传送可能会增加成本和/或复杂性。可以根据单独的室设计选择适当的设计。在使用3D打印机制造吸附结构部分的实施方式中，吸附结构110的后侧壁可以是直的并且前侧壁是弧形的，或者后侧壁和前侧壁都可以是弧形的以匹配内衬的曲率，或者后侧壁和前侧壁都可以是直的。在分段吸附结构110的背侧和正侧都是直的实施方式中，分段吸附结构的小尺寸可以允许吸附结构遵循内衬125的曲率。替代地，可以使用3D打印机将吸附结构部分模制成矩形块。吸附结构部分110围绕内衬125设置的图5的这种实施方式也可以延展到吸附结构部分110直接设置在室壁105上与上电极和下电极之间限定的间隙对齐的部分中的实施方式。

图6A示出了另一种实施方式，其中吸附结构设置在室100的室壁105上并且设置在限定在室中的等离子体限制结构例如等离子体限制环126的外部。在该实施方式中，一组等离子体限制环126被限定为在上电极102的外围边缘和下电极104的外围边缘之间延伸，使得由(一种或多种)反应气体的电离产生的等离子体被限制在小等离子体处理区域106内，该小等离子体处理区域限定在限制环126之间和电极102、104的对应表面之间。限制环126可以由诸如二氧化硅或石英的介电材料构成。间隔物被限定在相邻的环之间，使得由间隔物限定的通道为等离子体逸出提供了路径。间隔物可以由介电材料(例如二氧化硅或石英)构成。或者，间隔物可以由导电材料构成。吸附结构110被限定在限制环126被限定的区域之外，并且与限制环126对齐，使得从等离子体处理室逸出的等离子体和副产物可以被吸附在吸附结构110的晶格结构114中。

图6B图示了具有等离子体限制结构的室的替代实施方式，其中设置了一个或多个吸附结构110。在该实施方式中，上电极连接到气体源(未示出)以向等离子体处理区域106提供(一种或多种)反应气体，并且连接到诸如RF电源的电源(未示出)以从(一种或多种)反应气体产生等离子体。下电极电接地。C形护罩127形式的等离子体限制结构从顶部外部电极102的外边缘延伸到底部电极104的外侧表面以提供额外的等离子体限制。C形护罩114具有沿底面限定的多个孔，以允许(一种或多种)气体和等离子体流出C形护罩127。在该实施方式中，C形护罩127接地。与上电极和下电极(102、104)之间的间隙对齐的C形护罩127的一部分被识别并且吸附结构110被限定在C形护罩127的被识别的部分中。从吸附结构110延伸到室100外部的真空管线108将吸附结构110连接到泵107。在一些实施方式中，真空管线108包括限定在吸附结构110和泵107之间的压力传感器131，以及阀132以控制通过真空管线108施加的真空水平。主真空管线113设置在室100的底表面和泵107之间，泵107提供排出从等离子体处理区域106逸出的反应气体、中性物质和副产物的主要途径。

在一种实施方式中，可以使用3D打印机生成晶格结构。3D打印机可以制造晶格结构的拓扑，在晶格结构的各个层中仔细限定晶格晶胞的拓扑(例如，梁的直径和长度、梁的排列、晶胞的排列等)，以最大化吸附结构的表面积，最小化等离子体到晶格结构中的泄露，并通过晶格结构厚度控制温度分布。在一些实施方式中，可以使用其他架构材料的组合，例如开孔金属泡沫、蜂窝结构或穿孔板，而不是3D打印晶格结构。

在一些实施方式中，晶格结构是金属晶格。在一些其他实施方式中，可以使用具有优化的拓扑(孔尺寸、通孔率、孔隙率、表面粗糙度等)的开孔金属泡沫来代替金属晶格。由于金属泡沫的成本低，它们可以用作消耗部件，其中金属泡沫在使用一段时间后从室中去除，并手动或通过晶片处理机器人更换为新的。晶格结构或金属泡沫将具有优化的表面粗糙度，以进一步帮助延迟沉积的副产物膜的微破裂。其他架构材料，例如带有穿孔板的蜂窝结构，也可以用来代替金属泡沫以增加壁表面积。可以理解，在一些实施方式中，可能不需要嵌入式加热元件、侧真空网络和GPAC。

图7A图示了在一个示例性实施方式中，用于吸附壁中的示例性架构材料(例如蜂窝结构)的简单框图，以提供用于吸附室中释放的副产物的大吸附壁表面积。图7B图示了设计用于室的吸附壁以吸附室中释放的副产物的架构材料的示例。在该实施方式中，晶格结构包括形成晶格结构的外层或顶层的穿孔顶板702。蜂窝芯704设置在穿孔顶板702下方。蜂窝芯704可以填充有金属球704a以实现更大的表面积。蜂窝芯704中的金属球704a被穿孔顶板702预压缩。在一个示例实施方式中，使用金属螺栓完成预压缩以建立良好的接触，从而可以实现良好的热传导。应注意，金属螺栓是可用于将蜂窝芯704附接至穿孔顶板702的紧固结构的一个示例，并且也可使用其他类型的紧固材料、或结构或设备。穿孔的背板706在图7A和7B所示的实施方案中形成架构材料晶格结构的底侧。在替代实施方式中，可以使用实心背板代替穿孔背板。穿孔背板706可用于连接到吸附壁的中间部分。在一些实施方式中，可以通过WAC清洁穿孔顶板702和蜂窝芯704。金属球704a可以是消耗品并且可以定期更换。图7A和7B中所示的晶格结构可以使用常见的现成部件组装以降低成本。该实施方式中的晶格结构是夹在穿孔顶板702和穿孔背板706之间的填充球的六边形蜂窝芯704。

控制器用于在吸附步骤和解吸步骤期间管理主要操作参数。这些主要操作参数可能会受到为成功吸附和去除副产物而选择的设计参数的影响。例如，在吸附步骤期间可能必须控制的一些主要操作参数可能包括壁温度和真空管线的真空压力。类似地，在解吸步骤期间可能必须控制的主要操作参数可能包括吸附结构需要加热到的温度、解吸步骤的持续时间、WAC/CWAC配方、和需要执行解吸步骤的频率。例如，对于吸附步骤，选择的冷却剂类型可以基于在吸附步骤期间吸附结构必须冷却到的温度。类似地，冷却剂流速率可能取决于所选择的冷却剂的类型。冷却剂输送拓扑可以基于冷却剂流率。类似地，晶格拓扑可以定义为捕获副产物而提供的表面积。沿类似的思路，在解吸步骤期间用于加热吸附结构的功率可以基于吸附结构必须升高到的温度和维持所升高的温度的持续时间。加热元件的数量、加热元件在吸附结构的内层中的布置以及加热元件之间的间距可以基于加热元件的功率。

控制器连接到等离子体处理室的各种部件，包括气体源、偏压射频源、上电极、下电极、排气泵107，并且连接到吸附结构的不同部件，包括压力传感器、阀、气体源、加热元件、冷却剂源等等。控制器控制进入等离子体处理室的蚀刻气体流、室压力，以及来自射频源的射频功率的产生、上电极102和下电极104和排气泵120。控制器还控制通过真空管线108提供的真空水平、当使用高压气体时高压气体从气体源(例如N₂气体源121)到晶格的流动，以及阀(132等)和传感器(例如131等)沿真空管线的操作。真空管线108提供来自室的附加流动路径以去除副产物，而真空管线113提供从室去除气体和副产物的常规路径。显示在室外的真空管线108连接到限定在中间部分内的真空导管网络，并连接到晶格结构114的内层114a以从室中去除副产物。由真空管线限定的低压区域确保从室中去除最少量的反应气体。在吸附步骤期间吸附结构设定的温度取决于所使用的气体类型、所执行的工艺类型和室中使用的工艺配方的类型。在一个示例性实施方式中，温度可以基于在晶格结构中使用的材料类型、吸附结构的尺寸、晶格部分的热导率、产生影响真空管线中流率的温度增量的速度、正在使用的工艺配方、必须保持该温度的时间量等来确定。在一些实施方式中，取决于工艺配方和在等离子体处理室内进行的工艺类型，可以在处理100个衬底后执行解吸步骤。在其他实施方式中，解吸步骤可以在处理更少或更多数量的衬底之后执行。

在一些实施方式中，基于在上电极和下电极之间限定的间隙量来限定晶格结构114的拓扑。由于不同的处理室(即处理模块)在上下电极之间可能具有不同尺寸的间隙，晶格结构的拓扑是根据不同室中的这种间隙来确定的。在一个示例实施方式中，如果上电极和下电极之间的间隙为约10mm，则外层114b中的晶格开口(晶胞特征长度)的尺寸可为约1mm并且内层114a中的开口可以为约0.1mm。在另一示例实施方式中，电极之间的间隙可以在大约2”到大约3”之间。在该实施方式中，外层中每个开口的尺寸可以被定义为间隙尺寸的大约1/10，并且内层中每个开口的尺寸可以被定义为间隙尺寸的大约1/100。在一些实施方式中，吸附结构被限定在室壁或内衬的部分上，使得吸附结构110的底部处于与下电极的顶表面一致或略高于(例如，下方约1-3mm)的高度，并且吸附结构110的顶部设置在与上电极的底表面一致或略低于(例如，上方约1-3mm)的高度处，因为上电极和下电极之间的区域是产生等离子体和释放副产物的区域。大表面积和低温以及低压区域限定了可有效去除副产物的吸附性吸附结构的特征。晶格结构中限定的压力差大到足以产生吸力场以吸引“近场”颗粒(即靠近壁区域)，但又不会太大而影响“远场”等离子体颗粒(即包含在等离子处理区域中的颗粒)。除了表面积和低温特性之外，开口网络还有助于将副产物吸引到吸附结构中。

图8是在一种实施方式中用于从用于处理衬底的处理室吸附和去除副产物的方法的流程图。该方法开始于操作810，其中限定在处理室的室壁的一部分中的吸附结构被冷却到第一温度。处理室可以是用于蚀刻衬底表面上的特征的蚀刻室。通过使来自冷却剂源的冷却剂循环通过限定在吸附结构的中间部分内的冷却剂输送网络的一个或多个通道来执行吸附结构的冷却。第一温度被限定为选择性地吸附感兴趣的气体种类，例如被限定为高于处理室中使用的一种或多种反应气体的冷凝温度，但足够冷以吸附衬底处理期间在室中产生的副产物。

在操作820中，使用晶格结构捕获在室内释放的副产物。晶格结构被限定为与中间部分的第二侧相邻。该晶格结构包括限定在多个层中的开口网络，其中每一层具有多个开口。晶格结构114的内层114a邻近中间部分的第二侧限定，且晶格结构114的外层114b面对处理室的内部区域。晶格结构的每一层中的开口的尺寸从内层114a到外层114b逐渐增大，使得外层为捕获副产物提供更大的表面积。耦合在晶格结构和泵之间的真空管线网络提供真空以在晶格结构中产生低压区域以吸附副产物。反应气体的一些部分也可能与副产物一起被吸引到低压区域并通过真空管线去除。然而，系统的参数可以被设计成最小化从侧壁泄漏的(一种或多种)等离子体反应气体。随着越来越多的衬底被处理室处理，副产物在晶格结构上的积累增加。设置在晶格结构和泵之间的真空管线上的压力传感器通过测量经由真空管线流向泵的气体的压力来监测副产物的积累。起初，当晶格结构没有任何副产物积累时，室中使用的反应气体很容易通过真空管线流向泵。然而，随着副产物在晶格结构上的积累增加，晶格结构不同层中的开口会被副产物堵塞，减慢真空管线中反应气体的流动。因此，当由压力传感器测量的真空管线中反应气体的压力下降到预定义的阈值水平以下时，表明已经在晶格结构上检测到足够的副产物积累，是时候执行晶格结构的清洁操作。

在操作830中，作为清洁操作(即，解吸步骤)的一部分，使用设置在吸附结构的内层中的加热元件将吸附结构加热到第二温度并且执行WAC/CWAC。还可以与WAC/CWAC一起执行GPAC。第二温度是根据在处理室中释放的副产物的类型、处理室中使用的反应气体的类型、吸附结构必须加热的时间等来限定的。当晶格结构被加热到第二温度，副产物从晶格结构表面释放出来。释放的副产物与处理室中的残余气体混合。

在操作840中，具有任何残余气体的副产物通过限定在处理室的底侧表面和泵之间的主真空管线113从处理室中去除。在处理室中处理衬底期间执行吸附结构的冷却和副产物的捕获，而在室中没有衬底正在被处理时执行副产物的加热和去除操作。结果，在清洁操作期间，通过关闭通过真空管线施加的真空来关闭局部低压。通过主真空管线113去除从晶格结构释放的副产物。

本文讨论的各种实施方式提供了一种吸附结构设计，该结构设计可以在室壁的部分中实施，从而以可控、可重复且一致的方式有效地从处理室中去除副产物，而无需将处理室打开到周围环境，同时延长室无需清洁即可处理晶片的时间。吸附结构设计中定义的晶格结构提供了较大的表面积。在一些实施方式中，整个吸附结构由导电材料制成。材料的导电特性允许吸附结构在吸附操作期间通过使冷却剂流过其中来提供冷表面，并在解吸期间通过在WAC或GPAC期间经由嵌入的加热元件进行加热而提供热表面。在一些实施方式中，可用于冷却吸附结构的冷却剂可以是液氮。在替代实施方式中，冷却剂可以是任何其他类型的冷却剂。阀和/或其他流量控制器设置在吸附结构和吸附泵之间设置的真空管线上以控制吸附结构上的低压区域。可以将晶格结构设计为具有特定的表面粗糙度，以在副产物和晶格结构之间提供良好的粘附质量，从而使副产物可以成功地粘附到晶格结构上。晶格结构的不同层中晶格晶胞的拓扑确保了副产物分布在晶格结构的表面上，并且不会集中在一个点。此外，开口的尺寸还有助于限定从晶格结构的外层到内层的良好压力梯度。例如，如果在处理室中限定的等离子体压力为约40mTorr，则由晶格结构限定的压力梯度的范围可以从面向处理室内部区域的外层处的40mTorr到内层处的约20mTorr。当在处理室内使用不同压力的等离子体时，可以设想类似的压力梯度。本领域技术人员将能够发现限定在处理室的室壁的一部分中的吸附结构的其他优点和益处。

图9示出了用于控制上述衬底处理系统的控制模块(也称为“控制器”)900。在一个实施方案中，控制器900可以包括一些示例部件，例如处理器、存储器和一个或多个接口。控制器900可用于部分地基于感测值来控制衬底处理室100中的各种部件和/或设备。仅举例来说，控制器900可以基于感测值和其他控制参数控制一个或多个阀902(包括图1、3、6A、6B的阀132)、过滤器加热器904(包括加热元件115)、泵906(包括泵107)和其他设备908。控制器900接收来自例如压力计910、流量计912、温度传感器914、压力传感器131(未示出)和/或其他传感器916的感测值。控制器900还可用于在前体输送、(一种或多种)反应气体输送、膜沉积和特征蚀刻期间控制工艺条件。控制器900通常将包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。

控制器900可以控制前体输送系统和沉积装置的活动。控制器900执行计算机程序，包括用于控制工艺时间、输送系统温度、过滤器上的压差、阀位置、机器人和末端执行器、气体混合、室压力、室温度、晶片温度、RF功率水平、晶片卡盘或基座位置、以及特定工艺的其他参数的指令集。控制器900还可监测压差并自动将蒸气前体输送从一条或多条路径切换到一条或多条其他路径。此外，控制器900可使用压力传感器131监测沿真空管线108的压力并产生信号以执行解吸步骤以清洁已粘附到吸附结构110的晶格结构114的副产物。在一些实施方案中可以使用存储在与控制器900相关联的存储器设备上的计算机程序。

通常会有与控制器900相关联的用户界面。用户界面可以包括显示器918(例如，装置和/或工艺条件的显示屏和/或图形软件显示)、和用户输入设备920(例如点击设备、键盘、触摸屏、麦克风等)。

用于控制工艺序列中的前体输送、沉积和其他工艺的计算机程序可以用任何常规的计算机可读编程语言(例如，汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其他语言)编写。编译后的目标代码或脚本由处理器执行，以执行程序中标识的任务。

控制模块(即，控制器)参数与工艺条件有关，例如过滤器压差、工艺气体成分和流率、温度、压力、等离子体条件(例如RF功率水平和低频RF频率)、冷却气体压力和室壁温度。控制模块参数还可以包括影响设计参数的主要操作参数。

系统软件可以以许多不同的方式设计或配置。例如，可以编写各种室部件子程序或控制对象以控制执行本发明的沉积工艺所必需的室或处理模块部件的操作。用于此目的的程序或程序部分的示例包括衬底定位代码、工艺气体控制代码、压力控制代码、加热元件控制代码、等离子体控制代码、提升机构控制代码、机器人位置代码、末端执行器位置代码和阀位置控制代码。

衬底定位程序可以包括用于控制室部件的程序代码，这些室部件用于将衬底装载到基座或卡盘上并控制衬底与室的其他部分(例如气体入口和/或目标)之间的间距。工艺气体控制程序可以包括用于控制气体组分和流率并且可选地用于在沉积之前使气体流入室以稳定室中的压力的代码。过滤器监控程序包括将测量的差值与预定值进行比较的代码和/或用于切换路径的代码。压力控制程序可以包括用于通过调节例如室的排气系统中的节流阀来控制室中的压力的代码。压力控制程序还可包括用于通过沿真空管线调节阀(例如，节流阀)132来控制真空管线中的压力的代码。加热元件控制程序可以包括用于控制到加热单元的电流的代码，该加热单元用于加热前体输送系统、衬底、吸附结构和/或系统的其他部分中的部件。或者，加热元件控制程序可以控制将诸如氦的传热气体输送到晶片卡盘。例如，阀位置控制代码可以包括通过控制提供对处理模块或集群工具的访问的隔离阀来控制对处理模块或衬底处理系统的访问的代码。例如，提升机构控制代码可以包括用于激活致动器驱动以使致动器移动提升销的代码。例如，机器人位置代码可以包括用于操纵(一或多个)机器人的位置(包括操纵机器人沿横向、垂直或径向轴移动)的代码。例如，末端执行器位置代码可以包括用于操纵末端执行器的位置(包括操纵机器人以沿着横向、垂直或径向轴延伸、收缩或移动)的代码。

可以在沉积期间监测的传感器的示例包括但不限于质量流量控制模块、压力传感器(例如压力计910、压力传感器131)、和位于输送系统、基座或卡盘中的热电偶(例如温度传感器914)。适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用，以维持期望的处理条件。前述描述了本发明的实施方案在单室或多室半导体处理工具中的实施。

本文所述的各种实施方案允许以快速且有效的方式更换消耗部件，而不必将衬底处理系统打开到大气条件。因此，更换消耗部件的时间以及在更换消耗部件期间任何污染室的风险都大大降低，从而允许衬底处理系统更快地上线。此外，大大降低了对处理模块、消耗部件和处理模块中的其他硬件部件造成意外损坏的风险。

出于说明和描述的目的已经提供了实施方案的前述描述。其并非旨在详尽无遗或限制本公开。特定实施方案的单个元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在选定实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。相同的也可以以多种方式变化。此类变化不应被视为背离本公开，并且所有此类修改旨在包括在本公开的范围内。

尽管出于清楚理解的目的已经对前述实施方案进行了一些详细的描述，显然也可以在所附权利要求的范围内实施某些改变和修改。因此，本实施方案被认为是说明性的而非限制性的，并且实施方案不限于这里给出的细节，而是可以在它们的范围和权利要求的等同者内进行修改。

Claims (27)

1.一种集成到用于处理衬底的室的部分中的吸附结构，所述吸附结构包括：

内部部分，其具有一个或多个加热元件；

中间部分，其具有用于接收和循环来自冷却剂源的冷却剂的冷却剂输送网络、和被配置为连接到真空管线的多个真空导管，其中所述中间部分邻近所述内部部分设置；

晶格结构，其具有限定为邻近所述中间部分的内层、和限定为邻近所述内层并被配置为面向所述室的内部区域的外层，其中所述内层和所述外层包括开口网络，并且其中所述多个真空导管被配置为通过所述内层连接到所述晶格结构，

其中所述真空管线和所述多个真空导管被配置为在处理期间使用以在所述晶格结构中产生相对于所述室中压力的低压区域，以吸附在所述衬底的处理期间释放在所述室中的副产物。

2.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述真空管线连接到泵。

3.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述冷却剂输送网络包括用于从所述冷却剂源接收所述冷却剂的冷却剂入口、冷却剂出口以及限定在所述冷却剂入口和所述冷却剂出口之间以允许所述冷却剂流动的一个或多个通道。

4.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述冷却剂输送网络被配置为在处理期间将所述晶格结构保持在第一温度。

5.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附结构被配置成集成到所述室的壁的部分中，所述部分与限定在所述室中设置的上电极和下电极之间的间隙对齐。

6.根据权利要求1所述的吸附结构，其中，所述吸附结构被配置为集成到限定在所述室中的等离子体限制结构的部分中，所述等离子体限制结构的所述部分与所述室中设置的上电极和下电极之间限定的间隙对齐。

7.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附结构被集成到限定在所述室中的内衬的部分中，所述内衬的所述部分与所述室中设置的上电极和下电极之间限定的间隙对齐。

8.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述内层中的所述开口的尺寸不同于所述外层中的所述开口的尺寸。

9.根据权利要求8所述的吸附结构，其中所述开口网络内的开口的尺寸从所述内层到所述外层逐渐增加。

10.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述开口的尺寸基于所述室中设置的上电极和下电极之间限定的间隙的尺寸。

11.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述开口的尺寸基于以下的至少一项：将在所述室中使用的反应气体的类型和预期存在于所述室中的副产物的类型。

12.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述多个真空导管被配置为连接到气体源以将来自所述气体源的高压气体施加到所述晶格结构的所述内层，以有助于释放所述副产物，在解吸操作期间接收所述高压气体以从所述室中去除所述副产物。

13.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述真空管线还包括设置在所述晶格结构和泵之间的压力传感器，所述压力传感器用于监测经由所述真空管线流出所述室的所述副产物和任何反应气体的压力。

14.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附结构是单个连续件，其被配置为装配在所述室的所述部分中，所述室的所述部分包括导管以传送所述吸附结构的一个或多个输入和输出。

15.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附结构是覆盖所述室的所述部分的子部分的分段件，所述室的所述部分包括沿所述室的所述部分的圆周分布的多个分段件，所述室的所述部分包括导管以传送所述吸附结构的所述多个分段件的输入和输出。

16.根据权利要求15所述的吸附结构，其中所述多个分段件中的每个分段件与相邻分段件以分离角隔开。

17.根据权利要求16所述的吸附结构，其中所述分离角在约5°至约10°之间。

18.根据权利要求15所述的吸附结构，其中所述多个分段件的所述输入和输出通过限定在所述室的所述部分的背侧中的单个导管和通过限定在所述室的壁中的通道或通过限定在所述室中的下电极而被传送。

19.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述内部部分中的所述一个或多个加热元件在解吸步骤期间使用并且被配置为将所述吸附结构加热到第二温度以释放吸附在所述晶格结构上的所述副产物。

20.一种使用集成在用于处理衬底的室的部分中的吸附结构以去除副产物的方法，所述方法包括：

通过使得来自冷却剂源的冷却剂循环通过限定在所述吸附结构的中间部分内的冷却剂输送网络的一个或多个通道，将所述吸附结构冷却到第一温度；

使用限定在中间部分中的多个真空导管以在邻近所述中间部分限定的晶格结构中产生低压区域，所述多个真空导管耦合到真空管线，其中所述晶格结构的外层暴露于所述室的内部区域，所述低压区域使得所述室中存在的所述副产物被吸附在所述晶格结构的多个开口中；

使用限定在所述吸附结构的内部部分中的一个或多个加热元件将所述吸附结构加热到第二温度，以释放已经吸附在所述晶格结构的所述多个开口中的所述副产物，其中所述中间部分设置在所述内部部分和所述晶格结构之间；以及

通过耦合到所述真空管线的所述多个真空导管去除从所述晶格结构释放的所述副产物。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述真空管线耦合到泵。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

监测流过所述真空管线的所述副产物的压力；和

当所述副产物的所述压力低于预定阈值点时，启动所述吸附结构的所述加热以去除吸附在所述多个开口中的所述副产物。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一温度被限定为足以冷凝所述室中存在的所述副产物。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述冷却和使用所述多个真空导管来产生所述低压区域是在处理所述衬底期间执行的，并且其中当所述室中不存在衬底时所述加热和所述副产物的所述去除是利用无晶片自动清洁(WAC)来执行的。

25.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：

通过所述真空管线和所述多个真空导管向所述晶格结构的内层施加气体，所述气体从与所述真空管线耦合的气体源以限定的压力施加，从而产生足以释放吸附在所述晶格结构上的所述副产物的力；和

通过限定在所述室中的主真空管线去除从所述晶格结构释放的所述副产物。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述主真空管线不同于耦合到所述多个真空导管的所述真空管线。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述气体是氮气。

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