CN1189595C - 阻抗减小的室 - Google Patents

阻抗减小的室 Download PDF

Info

Publication number
CN1189595C
CN1189595C CNB998050628A CN99805062A CN1189595C CN 1189595 C CN1189595 C CN 1189595C CN B998050628 A CNB998050628 A CN B998050628A CN 99805062 A CN99805062 A CN 99805062A CN 1189595 C CN1189595 C CN 1189595C
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
processing chamber
plasma processing
injection
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB998050628A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1297491A (zh
Inventor
韦恩·L·约翰逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of CN1297491A publication Critical patent/CN1297491A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1189595C publication Critical patent/CN1189595C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/02—Local etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32834—Exhausting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种用于等离子体处理的阻抗减小的室产生了如下的实用的优点：等离子体罩电压基本独立于在等离子体阻抗范围上的等离子体阻抗。这种减小阻抗的室的设计结构包括卡盘部件(30)、反电极和等离子体源。卡盘部件(30)安装要处理的工件(32)，并包括驱动电极和接地部分(31)。运行等离子体源(36)以在室中从工作气体产生等离子体。等离子体源(36)的壁部直接电连接到卡盘部件(30)的反电极和接地部分(31)。反电极可能包括安装在与卡盘部件(30)相对的位置上的注入-排放板，该注入-排放板给该室中注入工作气体并排出废气。

Description

阻抗减小的室
本发明涉及一种应用在等离子体处理应用系统中的阻抗减小的室，更具体地说，涉及一种应用在可重复的并可控制的等离子体处理应用系统中的室。
如附图1所示，常规的室包括具有室壁12的处理室10。卡盘部件14安装在波纹管13上，该波纹管13安装在卡盘固定环16上。卡盘固定环16包括轮辐18，通过该轮辐18将该卡盘固定环16连接到卡盘部件14。工件(比如半导体晶片15)安装在卡盘部件14上。通过卡盘阻抗匹配部件20对卡盘部件14施加RF能量。等离子体源24和注入部件21都在卡盘部件14之上，通过该注入部件21将工作气体注入到室10中。用于抽空气体的涡轮分子泵26在卡盘部件14的下面。在卡盘部件14和涡轮分子泵26之间的闸阀25有选择性地将涡轮分子泵26与室10隔离以使得能够通过监测泄漏率检测泄漏量并且还能够通过改变到涡轮分子泵26的传导性调节室的压力。在等离子体源24中具有线圈28以在此产生等离子体。通过快速匹配部件22将RF能量输送到线圈28。
在附图1中所示的室操作如下。首先降低波纹管13。然后通过在处理室10一侧通常在卡盘部件14的操作位置之下的槽阀(未示)引入晶片15。晶片15推进到一叶片上，该叶片上具有槽以允许在卡盘部件14上通常具有的三个销(未示)。通过卡盘部件14的内部机构该销能够上下移动。一旦晶片15在卡盘部件14之上，销使晶片15升离叶片，然后取去叶片。在取去叶片之后，销下降以便晶片15放在卡盘部件14上，并且波纹管13上升。
然后在卡盘部件14上施加相对较高的DC电压以将晶片15固定在卡盘部件14上。晶片15与卡盘部件14电绝缘。在一种公知的方式中，通常通过特殊的处理以及附加的后涂覆将卡盘部件14阳极化以改善介电特性。在另一种方案中在聚酰胺片之间设置导电的材料。这种导电的材料接收固定电压。卡盘部件14不是保持在静电电压中而是保持在DC接地电压中。卡盘部件通过自身偏压和漏电流实现了较高的负DC电压。由于卡盘是容性连接，因此它能够实现一种DC电压。
通过注入部件21将工作气体注入到室10中。将RF能量输送到线圈28以产生等离子体，并通过匹配网络20将RF能量输送到卡盘部件14以借助于偏压在晶片上产生负电压。自偏压现象产生了比离子更大的电子迁移率。为将离子在每RF周期以与电子相同的速率吸引到晶片表面，晶片表面必须产生负电压。这对于处理很重要，因为它可以允许以卡盘RF电压和等离子体参数确定的能量将离子加速到晶片表面上。在完成处理之后，停止注入活性气体，去掉RF卡盘电源，并且消除晶片固定DC电压或轻微地反向，停止RF等离子体能量，降低波纹管13，取下晶片15。
如果卡盘部件14是单极的，则在夹住和没有夹住晶片15的过程中通过卡盘部件14没有办法给晶片15输送电荷。晶片15必须积累与卡盘静电电极相反的电荷。由于等离子体甚至在较低的功率级上仍然是非常好的导电体，所以等离子体是到晶片15的钳位电路的最普通的方法。通常在钳位和非钳位操作中等离子体保持在较低的功率级。
等离子体实现了在卡盘部件14上的驱动电极(即，等离子体阴极)和一般接地的反电极(即，等离子体阳极)之间的电路通路。通常反电极是注入部件21。在许多系统中，存在起反电极作用的室壁的区域；如果这些壁与晶片相距太近，则会产生处理均匀性的问题或非正常的离子加速电场。在室10中应用卡盘部件14进行通常的定位，反电极通过下述通路与大地导通：(1)从注入部件21；(2)通过等离子体源24；(3)沿着室10的内壁12；(4)通过轮辐18到波纹管13的外部直径；(5)通过波纹管13；和(6)到卡盘部件14的基底。与等离子体块和罩的阻抗相比，室10、波纹管13、轮辐18、等离子体源24和注入部件21组合在一起表示一个相对较高的阻抗。
附图2所示为附图1所示的常规的室的等效电路图。卡盘部件14通过电感器100、电阻器102、电容器104、电容器106和电感器140模拟而成，它在对应于晶片15的电路位置附近。最接近晶片15的是电容器108和电阻器110，它们都用来模拟绕过罩并加热等离子体的RF电流。等离子体的其余的模型部件包括电阻器136、电阻器138和电流源135，这里电流源135产生与在晶片15上的等离子体参数相关的电流。如上所讨论，从注入部件21接地的通路通过由电容器130、电感器132和电感器134模拟的等离子体源24、由电容器124、电感器126和电感器128模拟的壁12(包括静电屏蔽)、由电容器118、电感器120和电感器122模拟的轮辐18以及由电容器112、电感器114和电感器116模拟的波纹管13。以电压源148和电阻器150模拟的RF电源139通过以电容器142、电容器144和电感器146模拟的匹配网络20连接到卡盘部件14。
所有的这些部件对在接地通路中的阻抗都有贡献。一般地，到卡盘的连接具有50nh的电感和200pf的电容；波纹管具有250nh的电感和100pf的电容；轮辐具有33nh的电感和50pf的电容；壁具有40nh的电感和100pf的电容；等离子体源具有40nh的电感和100pf的电容。
在这种模型中固定等离子体阻抗。等离子体电流源应用朗缪尔探针(Langmuir probe)数据来确定电流参数。这些作用一起产生谐波。通常上述的元件的非线性的阻抗在工件的等离子体电压中产生更高阶的谐波，因此很难控制处理过程。
对于在附图2中电路，附图3所示为在从等离子体阳极到等离子体阴极的整个等离子体罩上预计电压波形。在这种模型中忽略了在等离子体块上的电压。这种电压将离子加速到晶片并控制到达晶片的离子的能量。该模型假设输入到匹配网络20的RF能量的基波完全匹配。附图4所示为在常规的室的等离子体罩上的相应的电压频谱。这里基频大约为13.6兆赫兹，第一谐波大约为27.2兆赫兹，第二谐波为大约40.8兆赫兹。
当系统的参数改变时在常规室的等离子体罩上的电压的谐波量中具有很大的变化。在具有较高的等离子体密度并具有较短的罩距离时，蒙特卡罗模拟已经表明到达晶片的离子能量是晶片的这些电压谐波量的较强的函数。这就意味着当在系统中的等离子体密度或耦合电阻产生较小的变化时，在类似的条件下常规的室产生不同的离子能量。压力、耦合到等离子体的功率或离子种类的较小的变化可能使等离子体密度产生极大的变化。同样地，由于制造或重新装配误差耦合阻抗可能相差极大。因此，由于一些因素的影响该处理并不容易重复，这些因素可能从一个处理序列到另一个处理序列和从一个室到另一个室都有变化，由此影响更高阶的谐波水平。这些因素包括：
由于重新装配引起的RF部件的几何结构的变化；
改变谐波量的工作压力的变化；
改变谐波量的卡盘功率源或等离子体源的变化；
由工艺设计改变引起的工作气体种类的变化；
在匹配网络中的精确的匹配位置的变化。
这些处理过程的更详细的内容在由P.A.Miller和M.E.Riley(J.Appl.Phys.，Vol.82，pp.3689-3709，October 15，1997)“无碰撞的RF等离子体罩的动力学(Dynamics of Collisionless rf PlasmaSheaths)”；在此以引用的方式将这篇文章结合在本申请中。
在别的地方已经讨论过用于等离子体处理的常规的室及其应用。Keeble(美国专利US 4,844,775)描述了通过活性离子技术或通过化学气相淀积法处理半导体晶片中的装置。Flamm等人(美国专利US4,918,031)描述了应用在相对较低的气压下运行的螺旋形谐振器进行各向异性等离子体蚀刻的方法。Savas(美国专利US 5,534,231)描述了一种具有通过电感耦合到反应器室以产生基本垂直于支座的RF磁场的RF功率的等离子体反应器，晶片放在该支座上进行处理。在此以引用方式将这些专利结合在本申请中。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中室壁、波纹管和室底部的轮辐不包括在从卡盘到地的导体通路中。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中增加注入电极的尺寸以便在等离子体阳极罩上的电压降很低。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中根据装配的变化和基片的变化控制在要处理的元件上的通过等离子体罩加速的离子。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中在要处理的元件上的等离子体电压的频谱相对等离子体阻抗的变化较不敏感。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中可更好地控制在要处理的元件上的离子能量。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中将注入-排放板设计成在晶片上均匀地注入工作气体。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中将注入-排放板设计成可以通过它泵送排放气体而不会有很大的电导损失。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中将注入-排放板设计成可以控制温度以减少颗粒的产生和表面反应。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中注入-排放板设计成由在处理过程中不产生反应的材料制成。
本发明的进一步的目的是提供一种用于等离子体处理的减小了阻抗的室，其中将注入-排放板设计成在RF电路通路中具有较低的阻抗。
本发明的上述目的以及相关的目的可以通过一种包括在室中产生等离子体的等离子体源的系统实现。用于安装要通过等离子体处理的元件的卡盘部件形成室的壁。卡盘部件电连接到等离子体源并形成等离子体阴极。等离子体阳极电连接到等离子体源。
比较理想的是等离子体阳极具有比等离子体阴极更大的表面面积。等离子体阳极可以是在与卡盘相对的位置上形成的注入-排放板。
本发明的优选的实施例包括工件安装在其上的卡盘装置。通过卡盘装置向工件施加RF能量。卡盘装置电连接到等离子体源。等离子体源包括线圈和静电屏蔽。注入-排放板连接到等离子体源。注入-排放板将等离子体源与泵送风室、涡轮分子泵和可能的电导控制阀(例如，闸阀)分离开。卡盘装置通过波纹管连接到卡盘移动装置。在室的底部附近还有一传递室。当波纹管将卡盘装置升到它的工作位置时，卡盘装置与等离子体源密封并与等离子体源电连接。
注入-排放板的一种优选实施例包括作为泵送通道和气体注入口的一组孔。
在本发明的第二优选实施例中，注入-排放板包括作为将能量电容性地耦合到等离子体的等离子体源的一部分的驱动电极。
通过下文结合附图中的本发明的优选的示例性的实施例的详细描述，本发明的这些目的和其它目的和优点将会更清楚并更容易理解，附图如下：
图1为常规的室的部分侧视图；
图2为常规的室的等效电路示意图；
图3为在附图1中常规室的罩的电压的时间-波形函数；
图4为在附图1中常规室的频谱曲线；
图5为本发明的阻抗减小的室的优选实施例的部分侧视图；
图6为具有轮辐横截面返回通路的注入-排放板的底部平面图；
图7为具有多个返回通路的注入-排放板的底部平面图；
图8为具有圆形泵送端口的注入-排放板的底部平面图；
图9为具有一排电导孔的注入-排放板的底部平面图；
图10为附图所示的注入-排放板的横截面图；
图11为减小了阻抗的室的等效电路；
图12为在附图5中的室的罩的电压的时间-波形函数；
图13在附图5中减小了阻抗的室的频谱曲线；
图14为附图1所示的常规的室和附图5所示的减小了阻抗的室的基波与谐波之比的曲线；
图15为本发明的减小了阻抗的室的第二优选实施例的部分侧视图；
图15A为本发明的注入-排放板的第二优选实施例的部分侧视图；
图16为具有轮辐横截面返回通路和通电的电极的注入-排放板的底部平面图；
图17为具有圆形泵送端口和通电的电极的注入-排放板的底部平面图；
在附图5中所示的本发明的减小了阻抗的室的优选实施例图包括卡盘部件30，工件比如半导体晶片32安放在卡盘部件30上。通过到RF驱动卡盘部件30的容性耦合将RF能量施加到晶片32上。等离子体源36包括线圈38和静电屏蔽40。注入-排放板42连接到等离子体源36。注入-排放板42还连接到泵送风室44和涡轮分子泵46。
卡盘部件30包括施加RF能量的导电体37、绝缘层29和33和接地金属31。绝缘层29将导电体37与晶片32分隔开，而绝缘层33将导电体37与接地金属31分隔开。导电体37可能包括一个或更多个导体部分以产生单极或多极卡盘。卡盘部件30通过波纹管39和联接装置(未示)连接到卡盘制动部件35以升高或降低卡盘。在该室的底部附近还设置有传递室41以送入或送出晶片。
卡盘部件30通常由阳极化铝或阳极化铝上的聚酰胺层制成。当波纹管39在室中时通常由不锈钢制成。除了进行RF连接的区域外大部分的等离子体源36是阳极化铝。消除了在那里的阳极氧化。通常以公知的用作螺旋形的屏蔽的材料用于在元件之间的RF连接；这是由成螺旋形O环形材料的不锈钢制成。将这种材料放入类似于消除阳极氧化的O环形槽的槽中。注入-排放板42由阳极化的铝制成。等离子体源36的壁由氧化铝或石英制成。泵送风室44由阳极化铝或不锈钢制成。静电屏蔽40由导电材料制成。
在附图6、7、8和9中示出了注入-排放板42的优选实施例。一般地，在极板的整个表面上均匀地进行气体注入，即每单位面积上发出等量的气体。通常单个的喷嘴张开大约15度的半角，而每个喷嘴的组合则在晶片上形成很均匀的气体分布。在处理过程中精确地改变气体注入方式以实现均匀的处理。因此，即使在给定的系统中的不同处理过程中气体注入方式也有变化。
与附图1所示的常规的室设计相比，在附图5所示的减小了阻抗的室中应用注入-排放板42增加了注入电极的尺寸以便在阳极罩上的电压降很低。传统的理论指出阳极罩电压以驱动电极(即，晶片)与反电极(即，当室的与等离子体接触的其余表面衬有电介质并与等离子体没有电容性耦合时，为注入表面)的面积之比的4次幂下降。因此，通过增加注入-排放板42相对晶片32的尺寸的尺寸能够很理想地使在整个罩上的电压降很低。
在附图6中所示的具有轮辐横截面返回通路的注入-排放板42a的底部平面图包括确定泵送通道54并在该通道之间的轮辐53。气体注入口55设置在轮辐上并位于极板42a的中央部分。
在附图7中所示的具有多个返回通路的注入-排放板42b的底部平面图包括从极板42b的中心径向朝外地延伸的延长泵送通道60。气体注入口62从极板42b的中心径向朝外地延伸并也设置在极板42b的中央部分。
在附图8中所示的具有圆形泵送通道的注入-排放板42c的底部平面图包括设置在极板42c的圆周附近的圆形泵送通道74。气体注入口75从极板42c的中心径向朝外地延伸并也设置在极板42c的中央部分。
在附图9中所示的注入-排放板42d的底部平面图包括一起设置在整个极板42d的内部的泵送通道80和气体注入口82。
附图10所示为注入-排放板42d的横截面图。气体注入孔82从气体风室94接收工作气体。在注入-排放板42d中还具有冷却剂通道96以控制反电极的温度。
一般地，这些注入-排放板都由阳极化的铝制成。阳极化的铝能够经得住相当的化学腐蚀，比如由等离子体激活的氯气和氟气的腐蚀。具有回旋形的铝的铰接式结构可以通过紧密结合的铝部件的炉中钎焊制成。
注入-排放板的设计对室的运行还具有极大的影响。这些极板必须：(1)在晶片上均匀地注入工作气体；(2)允许通过它泵送气体而不会产生极大的电导损失；(3)控制温度以减少颗粒的产生；(4)是一种不与处理过程发生反应的材料；以及(5)在RF电路通路中的阻抗较低。
在RF电路的阻抗方面在附图7中所示的注入-排放板42b比在附图6中所示的极板42a更可取。在附图9中所示的注入-排放板42d具有较低的阻抗并且具有更加均匀的排放气流。一般地，选择哪种设计方案取决于处理方法。一些处理方法更多地要求更大的泵送速度，而其它的处理方法在较低的偏压和较低的阻抗下工作并要求更小的泵送速度。
在附图5所示的室的操作中，首先降低卡盘部件30。然后通过传递室41插入晶片32。晶片32到达叶片(未示)，该叶片具有可以容纳在卡盘部件30上的通常为三个的销(未示)的孔。通过卡盘部件30的内部机构该销能够上下移动。一旦晶片32在卡盘部件30之上，销使晶片30升离叶片，然后取去叶片。降低销以便晶片32放在卡盘部件30上，并且应用波纹管39上升卡盘部件30以便卡盘部件30密封该室并与等离子体源36电连接。通常，在处理步骤之间应用惰性气体比如氩气或氮气以净化系统。从注入-排放板42注入工作气体。在卡盘部件30上应用相对较高电压的DC电源以便通过静电夹紧晶片32。
给线圈38施加RF能量以产生等离子体，并将RF能量施加到卡盘部件30以加速离子来处理晶片32。在离子撞击到晶片32之后，腐蚀过程中的废气通过注入-排放板42排出。在完成处理之后，关掉RF能量源，通过降低波纹管39来降低卡盘部件30并通过传递室41取出晶片32。等离子体级别通常变为较低的功率，将气体变为氩气或氮气以改善晶片的松脱。
类似于附图2(所示为常规的室的电路模型)，附图11所示为减小了阻抗的室的电路模型示意图。由电感器20、电阻器202、电容器204和电容器206模拟的卡盘部件35在与晶片32相对应的电路中的位置的附近。最接近晶片32的是电容器208和电阻器210，它们都用来模拟绕过罩并加热等离子体的RF电流。等离子体的其余的模型部件包括电阻器218、电阻器220和电流源217，这里电流源217产生与在晶片32上的等离子体参数相关的电流。从卡盘部件35接地的通路通过由电容器216、电感器212和电感器214模拟的等离子体源36。包括电压源228和电阻器230的RF功率源227通过由电容器222、电容器224和电感器226模拟的匹配网络221连接到卡盘装置35。
通过附图11和附图2的比较着重说明本发明的设计较之常规的设计是如何实现减小阻抗的。在附图11的电路中没有与波纹管、轮辐和室壁相对应的电路部分，由此导致该系统的整个阻抗减小了。比较附图5和附图1说明从在实施中的减小了阻抗的室的有效电路中除去这些元件的对应结构。
与附图3类似，附图12说明与附图11所示的等效电路的罩电压的时间波形，在附图11中的电路模拟减小了阻抗的室。如对附图12的分析，这种模型假设在输入端的RF能量的基本分量与匹配网络221完全匹配。由于在如下文所讨论的在频谱含量上的性质差别，附图12的波形比附图3的波形在时间上更加均匀。
与用于常规室的附图4相对应，附图13说明了阻抗减小了的室的等离子体的罩电压的频谱。从附图3和附图13中可以清楚地看出，室设计上的变化极大地影响了在整个罩上的电压的谐波含量。这里基本频率大致为13.6兆赫兹，第一次谐波大致为27.2兆赫兹，而第二次谐波大致为40.8兆赫兹。对于本发明的阻抗减小了的室，基波的电压分量实质减小而第一次谐波的电压分量实质增加。
在上面所述的所有实施例中，等离子体源包括线圈(例如在附图5中的线圈38)，该线圈电感地耦合RF能量以产生等离子体。可以替换的是，也可以电容地耦合RF能量以产生等离子体。附图15、15A、16和17说明了这种结构。
在附图15中所示的本发明的阻抗减小了的室的第二优选实施例附图包括如在附图5中所示的如下元件：波纹管39、电感器37、绝缘层29和33、接地金属31、卡盘装置30、RF接地连接34、晶片32和泵送风室44。在第二优选实施例中取消了如在附图5中所示的线圈38、等离子体源36和静电屏蔽40。
在附图15A中更详细地示出了具有驱动电极312的注入-排放板310。驱动电极312包括电极挡板314，该挡板314使经过气体风室316的工作气体均匀分布。通过电极绝缘体318将电极312与室进行电绝缘并通过电极RF馈线320驱动，该电极RF馈线320通过绝缘体322电绝缘。
在附图16和17中示出了注入-排放板310的优选实施例。与注入-排放板42的优选实施例类似，气体对于给定的系统在不同的工作条件下可以改变气体注入模式。选择可取的气体注入方式能够在晶片32附近的卡盘的底部上产生基本均匀的气体输送速率。
在附图16中所示的具有轮辐横截面返回通路的注入-排放板310a的底部平面图与在附图6中所示的注入-排放板42a具有共同的设计特征。注入-排放板310a包括确定泵送通道332并在其之间的轮辐330。气体注入口334设置在通电的电极312上，该电极312确定了注入-排放板310a的中央部分。另外的气体注入口336设置在轮辐上，在这里可以应用不同的气流来产生所需的处理特征比如到以基本均匀的气体输送率输送到晶片32。
在附图17中所示的具有圆形泵送通道的注入-排放板310b的底部平面图与在附图8中所示的注入-排放板42c具有共同的设计特征。注入-排放板310b包括设置在极板310b的圆周附近的圆形泵送通道340。气体注入口342设置在供电的电极312上，该电极312确定了注入-排放板310b的中央部分。另外的气体注入口344自极板310b的中心径向地朝外延伸，在这里可以应用不同的气流来产生如上所述的所需的处理特征。
附图14所示为作为等离子体阻抗的函数改进的和常规的室设计的等离子体罩电压谐波与基波的比率曲线。对于本发明的改进设计，曲线300表示第一次谐波电压分量与基波电压分量之比，而相应的常规设计的比较结果由曲线302给出。曲线306表示改进设计的第二次谐波电压分量与基波电压分量之比，而相应的常规设计的比较结果由曲线304给出。相应于本发明的改进的室设计曲线说明了相对等离子体阻抗变化的相对灵敏度和第一次谐波相对第二次谐波和基波的相对优势度。这就要求必需改进匹配网络。对于这种改进要求实现改善的匹配点精度和较高的Q。
对于本发明，尽管在处理条件中存在的不可避免的不确定因素，相对于等离子体阻抗的频率分量的灵敏度产生了更多的可重复处理。如上所讨论，由下述的许多原因导致不能实现的处理情况，包括：(1)系统之间的制造偏差；(2)在重新装配的过程中在系统结构中的偏差；(3)由于不能精确地控制等离子体密度引起的罩厚度(离子密度)的变化；以及(4)波纹管伸长。
在附图14中，当改变等离子体阻抗时，减小阻抗的室的第一次谐波与基波之比相对恒定，而对应的常规的第一次谐波量变化15倍。
如果在要处理的元件上的离子是相对单能的则可最好地控制等离子体的处理过程。蒙特卡罗模拟已经表明离子能量分布和平均离子能量都是存在于整个罩上的各种谐波的电压电平的非常灵敏的函数。由于第一次谐波占主要并且谐波的比率基本固定，因此相对于能量测量的参数比如等离子体密度的变化即使不是单能的也很可能是单调的。
虽然在上面的详细描述中仅描述了少数几个示例性的实施例，但是在本领域中的熟练人员将很容易理解在不实质脱离本发明的新颖的教导和优点的前提下改变示例性的实施例是可能的。因此，所有这些改变都将包括在本发明的范围之中。

Claims (20)

1.一种等离子体处理室，包括：
安装要处理的工件的卡盘装置，该卡盘装置包括驱动电极和接地部分；
与所述卡盘装置相对设置的涡轮分子泵；
反电极，包括设置在所述卡盘装置和所述涡轮分子泵之间的注入-排放板；和
在室中从工作气体中产生等离子体并具有一个壁部的等离子体源，该等离子体源的壁部直接电连接到反电极和卡盘装置的接地部分。
2.如在权利要求1中所述的等离子体处理室，其中反电极形成等离子体源的一部分。
3.如在权利要求2中所述的等离子体处理室，其中等离子体源包括连接到反电极的一部分的RF能量源。
4.如在权利要求3中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板被构造和设置用来产生向卡盘装置输送气体的均匀的气体输送率。
5.如在权利要求1中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板安装在与卡盘装置相对的位置。
6.如在权利要求5中所述的等离子体处理室，进一步包括：
将废气从该室中转移到涡轮分子泵的泵送风室，其中注入-排放板将等离子体源与泵送风室和涡轮分子泵隔离。
7.如在权利要求1中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板包括：
用于给室注入工作气体的许多气体注入口；和
用于排出废气的许多泵送通道，其中
气体注入口在要处理的工件的表面上基本均匀地注入气体；和
泵送通道使废气排出而不造成严重的电导损失。
8.如在权利要求7中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板包括相对于等离子体处理为非活性的材料。
9.如在权利要求7中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板由阳极化铝制成。
10.如在权利要求7中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板进一步包括用于将工作气体从工作气体源传送到气体注入口的许多气体风室。
11.如在权利要求7中所述的等离子体处理室，其中注入-排放板进一步包括用于控制反电极温度的许多冷却剂通道。
12.如权利要求1所述的等离子体处理室，还包括一个波纹管，
其中在升高的位置中的所述波纹管使卡盘装置的接地部分在室内密封一空间以便等离子体源直接电连接到反电极和卡盘装置的接地部分。
13.如在权利要求12中所述的等离子体处理室，进一步包括转移室，其中在降低的位置的波纹管打开该空间并使要处理的工件进入该转移室和从该转移室中取出，当波纹管在升高的位置时该转移室在室的该密封空间的外面。
14.如在权利要求12中所述的等离子体处理室，其中当波纹管在升高的位置时该波纹管在密封空间的外面。
15.如在权利要求1或权利要求12中所述的等离子体处理室，其中
等离子体源进一步包括产生电磁场的线圈，和
等离子体源的壁部包括静电屏蔽。
16.如在权利要求1或权利要求12中所述的等离子体处理室，其中
卡盘装置进一步包括：
第一绝缘层，
第二绝缘层，和
包括一个或多个导电部分的导电层，该导电层位于第一绝缘层和第二绝缘层之间，其中
第二绝缘层位于室的接地部分和导电层之间，和
该室进一步包括DC电压源，该DC电压源电连接到导电层的一个或多个导电部分并且将要处理的工件固定到第一绝缘层。
17.如在权利要求1或权利要求12中所述的等离子体处理室，其中反电极具有比驱动电极的表面面积更大的表面面积。
18.如在权利要求17中所述的等离子体处理室，其中等离子体源的壁部分的横截面从反电极附近到驱动电极附近逐渐变小。
19.如在权利要求1或权利要求12中所述的等离子体处理室，其中等离子体源的壁部分的横截面从反电极附近更宽到驱动电极附近逐渐变小。
20.如在权利要求1或权利要求12中所述的等离子体处理室，其中由等离子体源产生的等离子体罩电压波形基本独立于在等离子体阻抗范围上的等离子体阻抗。
CNB998050628A 1998-04-13 1999-04-12 阻抗减小的室 Expired - Fee Related CN1189595C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8148698P 1998-04-13 1998-04-13
US60/081,486 1998-04-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1297491A CN1297491A (zh) 2001-05-30
CN1189595C true CN1189595C (zh) 2005-02-16

Family

ID=22164495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB998050628A Expired - Fee Related CN1189595C (zh) 1998-04-13 1999-04-12 阻抗减小的室

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6511577B1 (zh)
EP (1) EP1073779A4 (zh)
JP (1) JP4256587B2 (zh)
KR (1) KR100598631B1 (zh)
CN (1) CN1189595C (zh)
WO (1) WO1999053120A1 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002227418A1 (en) * 2001-01-22 2002-08-06 Tokyo Electron Limited Vertically translatable chuck assembly and method for a plasma reactor system
US6652711B2 (en) * 2001-06-06 2003-11-25 Tokyo Electron Limited Inductively-coupled plasma processing system
US6870204B2 (en) * 2001-11-21 2005-03-22 Astralux, Inc. Heterojunction bipolar transistor containing at least one silicon carbide layer
US7088046B2 (en) * 2002-09-30 2006-08-08 Tokyo Electron Limited Integrated process tube and electrostatic shield, assembly thereof and manufacture thereof
US20040211519A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Tokyo Electron Limited Plasma reactor
US7083702B2 (en) * 2003-06-12 2006-08-01 Applied Materials, Inc. RF current return path for a large area substrate plasma reactor
US20050066902A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-31 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for plasma processing
GB0323001D0 (en) * 2003-10-01 2003-11-05 Oxford Instr Plasma Technology Apparatus and method for plasma treating a substrate
US7107125B2 (en) * 2003-10-29 2006-09-12 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for monitoring the position of a semiconductor processing robot
US7748344B2 (en) * 2003-11-06 2010-07-06 Axcelis Technologies, Inc. Segmented resonant antenna for radio frequency inductively coupled plasmas
US7421973B2 (en) * 2003-11-06 2008-09-09 Axcelis Technologies, Inc. System and method for performing SIMOX implants using an ion shower
US20050178331A1 (en) * 2004-02-13 2005-08-18 Fourtner Lawrence C. Electrode assembly and method for producing an electrode plate
CN100399505C (zh) * 2005-12-16 2008-07-02 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 气流分布均匀的刻蚀装置
KR100708618B1 (ko) * 2005-12-28 2007-04-18 제주대학교 산학협력단 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치
US8004293B2 (en) * 2006-11-20 2011-08-23 Applied Materials, Inc. Plasma processing chamber with ground member integrity indicator and method for using the same
US8528498B2 (en) * 2007-06-29 2013-09-10 Lam Research Corporation Integrated steerability array arrangement for minimizing non-uniformity
US9105449B2 (en) * 2007-06-29 2015-08-11 Lam Research Corporation Distributed power arrangements for localizing power delivery
US20090261839A1 (en) * 2008-03-14 2009-10-22 Turner Terry R Effluent impedance based endpoint detection
US8128788B2 (en) * 2008-09-19 2012-03-06 Rf Thummim Technologies, Inc. Method and apparatus for treating a process volume with multiple electromagnetic generators
JP5683469B2 (ja) * 2008-10-09 2015-03-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 大型プラズマ処理チャンバのｒｆ復路
JP5248370B2 (ja) * 2009-03-10 2013-07-31 東京エレクトロン株式会社 シャワーヘッド及びプラズマ処理装置
JP6249659B2 (ja) * 2013-07-25 2017-12-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US9232626B2 (en) 2013-11-04 2016-01-05 Kla-Tencor Corporation Wafer grounding using localized plasma source
KR20170066080A (ko) * 2015-12-04 2017-06-14 삼성전자주식회사 배플 플레이트, 플라스마 챔버, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US10508339B2 (en) 2017-05-31 2019-12-17 Applied Materials, Inc. Blocker plate for use in a substrate process chamber
US11415147B2 (en) * 2019-05-28 2022-08-16 Applied Materials, Inc. Pumping liner for improved flow uniformity

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4209357A (en) 1979-05-18 1980-06-24 Tegal Corporation Plasma reactor apparatus
US4585920A (en) 1982-05-21 1986-04-29 Tegal Corporation Plasma reactor removable insert
US4464223A (en) 1983-10-03 1984-08-07 Tegal Corp. Plasma reactor apparatus and method
GB8629634D0 (en) * 1986-12-11 1987-01-21 Dobson C D Reactive ion & sputter etching
US4854263B1 (en) 1987-08-14 1997-06-17 Applied Materials Inc Inlet manifold and methods for increasing gas dissociation and for PECVD of dielectric films
JPH07116610B2 (ja) * 1987-12-18 1995-12-13 富士通株式会社 熱処理装置
US4918031A (en) * 1988-12-28 1990-04-17 American Telephone And Telegraph Company,At&T Bell Laboratories Processes depending on plasma generation using a helical resonator
WO1991010341A1 (en) * 1990-01-04 1991-07-11 Savas Stephen E A low frequency inductive rf plasma reactor
US5286297A (en) * 1992-06-24 1994-02-15 Texas Instruments Incorporated Multi-electrode plasma processing apparatus
US5292370A (en) * 1992-08-14 1994-03-08 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Coupled microwave ECR and radio-frequency plasma source for plasma processing
US5614055A (en) * 1993-08-27 1997-03-25 Applied Materials, Inc. High density plasma CVD and etching reactor
US5865896A (en) * 1993-08-27 1999-02-02 Applied Materials, Inc. High density plasma CVD reactor with combined inductive and capacitive coupling
US5685942A (en) * 1994-12-05 1997-11-11 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and method
US5997962A (en) * 1995-06-30 1999-12-07 Tokyo Electron Limited Plasma process utilizing an electrostatic chuck
JP2869384B2 (ja) * 1995-06-30 1999-03-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
US6245202B1 (en) * 1996-04-12 2001-06-12 Hitachi, Ltd. Plasma treatment device
US5917286A (en) * 1996-05-08 1999-06-29 Advanced Energy Industries, Inc. Pulsed direct current power supply configurations for generating plasmas
US6308654B1 (en) * 1996-10-18 2001-10-30 Applied Materials, Inc. Inductively coupled parallel-plate plasma reactor with a conical dome
US6537418B1 (en) * 1997-09-19 2003-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Spatially uniform gas supply and pump configuration for large wafer diameters
US6132551A (en) * 1997-09-20 2000-10-17 Applied Materials, Inc. Inductive RF plasma reactor with overhead coil and conductive laminated RF window beneath the overhead coil
US6287435B1 (en) * 1998-05-06 2001-09-11 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for ionized physical vapor deposition

Also Published As

Publication number Publication date
US6511577B1 (en) 2003-01-28
KR20010042650A (ko) 2001-05-25
JP4256587B2 (ja) 2009-04-22
CN1297491A (zh) 2001-05-30
EP1073779A1 (en) 2001-02-07
KR100598631B1 (ko) 2006-07-07
JP2002511645A (ja) 2002-04-16
WO1999053120A1 (en) 1999-10-21
EP1073779A4 (en) 2007-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1189595C (zh) 阻抗减小的室
TWI427669B (zh) 使用中空陰極電漿處理大面積基板之裝置
CN1160479C (zh) 等离子体增强的化学处理反应器和方法
KR102330245B1 (ko) 히터 급전 기구
CN107636793A (zh) 离子对离子等离子体原子层蚀刻工艺及反应器
CN1853254A (zh) 用于改良的挡板的方法和装置
CN1460288A (zh) 等离子体处理装置、等离子体处理方法和滞波板
KR102036944B1 (ko) 피처리 기체에 대한 미립자 부착의 제어 방법, 및 처리 장치
CN1471727A (zh) 在衬底中的大高宽比部件的蚀刻
CN1178392A (zh) 静电吸盘和应用了静电吸盘的样品处理方法及装置
CN118315271A (zh) 等离子体处理装置和系统
US11901161B2 (en) Methods and apparatus for symmetrical hollow cathode electrode and discharge mode for remote plasma processes
KR20200051487A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
US11417502B2 (en) Plasma processing system and substrate processing method
US20240063000A1 (en) Method of cleaning plasma processing apparatus and plasma processing apparatus
CN1495283A (zh) 匹配箱、使用匹配箱的真空装置及真空处理方法
CN101042991A (zh) 等离子体处理装置
TW200847266A (en) Apparatus and method for treating substrate using plasma
JP7081740B2 (ja) 環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール及び点状エッチングモジュールのエッチングプロファイルを制御する方法
CN111146086B (zh) 蚀刻方法和等离子体处理装置
JP2000328269A (ja) ドライエッチング装置
CN118248514A (zh) 用于处理基板的装置
JP2020119982A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN113936986A (zh) 基板脱离方法和等离子体处理装置
JPS63145787A (ja) プラズマ剥離装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1037693

Country of ref document: HK

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20050216

Termination date: 20150412

EXPY Termination of patent right or utility model