CN1505829A - 采用较佳射频回路的等离子体密封 - Google Patents

Abstract

一种密封装置，用于将一放电密封于等离子体处理装置的交互空间中，该等离子体处理装置包括一环堆叠和至少一个导电部件。这些环相互之间有间隔以在它们之间形成槽，且设置为环绕该交互作用空间。至少有一个导电部件电耦接每个环。该导电部件至少在该环外圆周以内的一点处接触每个环。

Description

采用较佳射频回路的等离子体密封

技术领域

本发明涉及等离子体蚀刻装置。更具体地说，本发明涉及用于在等离子体处理室中控制等离子体形成的改进技术。

背景技术

在制造基于半导体的产品(例如集成电路或平板显示器)中采用等离子体增强方法已经众所周知。一般而言，等离子体增强方法包括在等离子体处理室中处理衬底(例如一玻璃面板或一半导体晶片)。在该等离子体处理室中，可从合适的蚀刻剂或者沉积源气体中形成等离子体，以分别在该衬底表面上蚀刻或者沉积一层材料。

图1描绘一电容耦合的等离子体处理室100，其表示典型用来蚀刻一衬底类型的示范等离子体处理室。一卡盘104表示工件支架，蚀刻时在其上可放置一衬底106。该卡盘104可由任何合适的卡紧技术实现，例如静电、机械、夹具、真空或类似技术。在蚀刻过程中，典型地由一射频电源110向该卡盘提供一具有频率例如为400千赫兹到约27兆赫兹的射频功率。在一些系统中，蚀刻过程中可同时为卡盘104提供双频，例如2兆赫兹和27兆赫兹。

一反应器顶部112由一诸如铝之类的导电材料形成，其设置于衬底106以上。密封环102可以一固定方式耦接到该反应器顶部112，或者可耦接到基于凸轮的柱塞(在图1中没有显示)，其可允许该密封环102升高或降低而不移动反应器顶部112。

通常，密封环102帮助将该蚀刻等离子体密封于衬底106以上区域，以改进过程控制且确保可重复性。尽管在图1的实例中只显示两个密封环，但是应理解可提供任意数目的密封环。

一上位电极114和一隔板116也耦接至反应器顶部112。在蚀刻过程中，该上位电极114可接地(如图1中情形)或者可由另一射频电源120供电。如果该上位电极114被加电，则它可与该反应器的其余部分绝缘，以使该电极与地隔离。在蚀刻过程中，从通过一气管122和该隔板116提供的蚀刻剂源气体中形成等离子体。

当向该卡盘104提供射频功率时(从该射频发生器110)，在衬底106上建立等势场线。在等离子体处理过程中，正离子加速通过该等势场线以撞击衬底106的表面，藉此提供所需要的蚀刻效果(例如改善蚀刻方向性)。但是，由于几何因素，在整个该衬底表面上场线可能不均匀，且在衬底106的边缘处可能显著变化。因此，典型地提供一聚焦环以改进在整个该衬底表面的处理均匀性。参考图1，卡盘104显示为处于一聚焦环108中，其典型由一合适的电介质材料形成，例如陶瓷、石英或塑料。

在图1B中可更清楚地见到在等离子体蚀刻过程中所建立的该等势场线。在图1B中，聚焦环108允许该等势场线在该衬底的整个表面排列大致均匀，从而允许在整个衬底上以均匀的方式进行蚀刻。但是如图1B所示，一些等势场线还延伸至聚焦环108以外的区域160。在区域160存在该等势场线可导致泄漏出该密封环的任何带电粒子在一垂直于该等势场线的方向朝该室壁加速。该带电粒子与该室壁之间的这种加速和随后的碰撞可产生次级电子，其可能在该区域160点燃且/或保持未密封的等离子体(即，没有密封于该衬底正上方区域的不需要的等离子体)。

而且，电流回路依靠该室壁118形成一回路，或者在该室外部形成一回路。从该回路产生磁场，并产生可以在该封闭区域以外点燃且保持一等离子体的磁场。图1A和图1B中的虚线表示沿该室壁118的电流回路。

在区域160中无意中产生的等离子体使该蚀刻过程难于控制并且可能损坏在此区域中的元件。作为示例，此未密封的等离子体可能为无意和/或间歇产生的，它改变了在该等离子体处理室中由等离子体所吸收功率的位置，从而使其难于控制将功率传送到卡盘以实现一致的、可重复的蚀刻结果。作为另一示例，在区域160中存在不需要的等离子体会损坏该室门(没有显示)，尤其是对其所提供的密封造成破坏。对于将衬底输入和输出室体而言，该室门是必不可少的，并且如果该密封损坏，则难于精确控制该室体压力。当在区域160中该密封和/或其他元件无意中受到该等离子体撞击时，沿该室壁可形成颗粒的和/或聚合的污染物，潜在导致污染该蚀刻环境。

因此，需要提供技术来减少和/或排除在该等离子体处理室聚焦环的外部区域形成所不需要的等离子体。

发明内容

一种密封装置，用于将一放电密封于一等离子体处理装置的一交互空间中，该等离子体处理装置包括一环堆叠和至少一个导电部件。该等环相互之间有间隔以在它们之间形成槽，且设置为环绕该交互作用空间。至少有一个导电部件电耦接每个环。该导电部件至少在该环外圆周以内的一点处接触每个环。

附图说明

所附附图并入本说明书，作为本说明书的一部分，其中说明了本发明的一个或多个实施例，并且连同该详细描述一起说明本发明的原理和实现。

在这些附图中：

图1A说明根据先前技术的一典型电容耦合等离子体处理室的示意图；

图1B说明根据先前技术在等离子体处理过程中，在图1A中的等离子体处理室中可形成等势场线的示意图；

图2是根据本发明一具体实施例，一具有一较佳回路的电容耦合等离子体处理室的示意剖面图；以及

图3根据本发明一具体实施例，说明具有一较佳回路的密封环的顶部视图。

具体实施方式

此处围绕在一等离子体处理室中控制等离子体形成来描述本发明诸实施例。本领域一般技术人员将理解本发明以下详细描述只是说明性的，而不是有意作任何限制。本发明其他实施例很容易被那些受益于本说明的技术人员所理解。本发明的实现将详细参考所附附图。相同参考指示符号将在所有附图和以下详细描述中用来表示相同或类似部分。

为了清楚起见，在此处没有显示或描述所描述实现的所有一般特征。当然，应理解在开发任何此实际实现过程中，必须作出许多与实现具体相关的选择以达到开发者的具体目标，例如服从应用及商业相关的要求，且这些具体目标在不同实现以及不同开发者之间是变化的。而且，应理解此开发工作可能复杂且耗时，但对于受益于本说明书的本领域中一般技术人员而言，其仍然只是一项常规工程任务。

根据本发明的一个方面，通过减少或排除未密封的等离子体(即在该聚焦环外和该等离子体室壁外无意中点燃的和/或保持的不需要等离子体)可大幅度改善过程控制。密封环由一些环堆叠而成，这些环相互之间留有间隔，以在它们之间形成槽，且它们环绕该交互作用空间。在操作该等离子体处理装置时，一个现有带电粒子在该槽中必须经过的距离实质上大于其平均自由路径。如在此处所采用的术语，在该聚焦环以外的区域指该等离子体处理室的环状区域，其在该圆柱空间(其外围由该聚焦环的圆周定义)的外部。较佳确保该等离子体于此圆柱空间内。超出该聚焦环，较佳地减少该电场到使等离子体不再保持的程度。通过排除未密封的等离子体，由该蚀刻等离子体(其处于该衬底上)所吸收的功率量在不同的衬底之间可更为一致，从而可使该蚀刻可重复进行。非密封等离子体的排除还有助于减少设置于该聚焦环以外区域的元件(例如门密封)腐蚀或损坏。

根据本发明的一个实施例，提供一种密封装置，其包括一聚焦环堆叠，其设置为在该聚焦环体中使该等势场线集中。该聚焦环优选地包括至少一个通孔，其均匀地设置于每个环中，并且有相应数量的导电部件用于将电流返回到地。每个通孔接收并容纳一个部件。相信此种配置可大幅度减少在该聚焦环外部区域的等势场线密度。通过大幅度减少在该聚焦环外部近真空区域的等势场线密度，任何泄漏进入此区域的带电粒子所获得的能量实质上减少，从而基本上排除了在此区域中等离子体形成/或保持的可能性。

参考图2和图3可更好理解本发明的特征和优点。图2是根据本发明一具体实施例，一具有一较佳回路的电容耦合等离子体处理室的示意剖面图。一等离子体室202包括一上位电极204和一下位电极206，蚀刻时在其中放置一工件208，例如一晶片。该下位电极206由一聚焦环210环绕。一接地屏蔽219环绕该聚焦环210。一射频电源212向下位电极206提供射频功率。在衬底208上的该区域214中产生一等离子体。密封环216帮助将该蚀刻等离子体密封于该密封区域214以改进过程控制并确保可重复性。密封环216较佳为一电介质材料，例如石英。

该密封环216还包括至少一通孔302，相互之间距离相等，如图3所示。图3说明一较佳实施例，在其中该密封环包括3个通孔。这些通孔302可包括一切口。每个切口容纳一导电部件218，其不与该密封环216接触。这些切口优选地在该等密封环216的内边缘与外边缘之间等距离设置，如图3所示，以较好地遮蔽和隔离由这些部件218所产生的磁场。这些部件218较佳可包括一束导电性能好的材料，例如铝。如在图2中所示，每个部件218可垂直设置于每个密封环216的这些通孔302中。每个部件218的顶部与该上位电极204接触。每个部件216的底部电接触该接地屏蔽219。因此，每个部件216被夹在该上位电极204和该接地屏蔽219之间，它们也对每个部件218提供支撑。

该电源212向该下位电极206提供射频电流。在该过程中，该电流通过该密封区域214流向该上位电极204。因为该上位电极204与部件218电接触，所以该电流通过此较佳路径，即部件218，流向该接地屏蔽219。

嵌入该密封环216的通孔302中的部件218的存在可提供一个较佳回路，其可大幅度减少在环形区域220的上部(即该聚焦和密封环216的外部区域)的磁场强度。这些密封环216使该等离子体和该室202与该较佳回路隔离。由于嵌入在该密封环216中，该寄生磁场不会进入该密封环216的外边缘与该室202之间的空间，即区域220。该等离子体保持密封，且因为该回路在该密封环区域，所以该等离子体不会损坏该回路材料。因此该寄生磁场在该密封环216外会大幅度减少。

还可存在其他实施例，其中一导电部件在至少该环的外圆周以内的一点连接每个环。当将该部件设置于该环内时，在一隔离区域将大幅度减少由该导电部件所产生的磁场。该部件可具有允许该电流回流至地，同时大幅度减少由该部件所产生磁场的任何形状或形式。部件的实例可为在这些环外圆周以内的一点连接该环的杆、线或条。

虽然已经显示且描述本发明的实施例和应用，但是受益于本说明书的本领域中技术人员应清楚，在不背离此处本发明概念的条件下，可能作除上面所提到以外的大量其他修改。因此，只要在所附权利要求的精神之内，本发明将不受限制。

Claims (22)

1.一种用于将放电密封于一等离子体处理装置的交互空间中的密封装置，该密封装置包括：

一环堆叠，这些环相互之间有间隔以在它们之间形成槽，且其设置为环绕该交互作用空间；以及

至少一个耦接所述环堆叠中每个环的导电部件，所述导电部件至少在所述环的外圆周以内的一点处接触每个环。

2.根据权利要求1的密封装置，其中每个槽成比例，从而在操作该等离子体处理装置时，现有带电粒子在该槽中必须经过的距离实质上大于其平均自由路径。

3.根据权利要求2的密封装置，其中所述环堆叠包括一电绝缘材料。

4.根据权利要求3的密封装置，其中所述电绝缘材料包括石英。

5.根据权利要求1的密封装置，其中所述导电部件包括铝。

6.一种用于处理衬底的等离子体处理室，该等离子体处理室包括：

在等离子体处理时用于支撑该衬底的卡盘；以及

大体上环绕所述卡盘的密封环，所述密封环包括：

一环堆叠，这些环相互之间有间隔以在它们之间形成槽；以及

至少一个耦接所述环堆叠中每个环的导电部件，导电部件至少在所述环的外圆周以内的一点处接触每个环。

7.根据权利要求6的等离子体处理室，其中所述环堆叠包括一电绝缘材料。

8.根据权利要求7的等离子体处理室，其中所述电绝缘材料包括石英。

9.根据权利要求6的等离子体处理室，其中所述导电部件包括铝。

10.一种用于形成有一电流通过的等离子体处理室的密封装置的方法，该方法包括：

提供一环堆叠，这些环相互之间有间隔以在它们之间形成槽，且设置为环绕该等离子体处理室的交互作用空间；以及

使该电流返回流经至少一个导电部件，该导电部件与所述环堆叠的每一环相耦接，所述导电部件至少在所述环外圆周以内的一点处接触每个环。

11.根据权利要求10的方法，其中所述环堆叠包括一电绝缘材料。

12.根据权利要求11的方法，其中所述电绝缘材料包括石英。

13.根据权利要求10的方法，其中所述导电部件包括铝。

14.一种用于在等离子体处理室中密封等离子体的方法，该方法包括：

提供一在等离子体处理时用于支撑该衬底的卡盘；以及

采用一密封环环绕所述卡盘，所述密封环包括：

一环堆叠，这些环相互之间有间隔以在它们之间形成槽；以及

至少一耦接所述环堆叠中每个环的导电部件，所述导电部件至少在所述环外圆周以内的一点处接触每个环。

15.根据权利要求14的方法，其中所述环堆叠包括一电绝缘材料。

16.根据权利要求15的方法，其中所述电绝缘材料包括石英。

17.根据权利要求14的方法，其中所述导电部件包括铝。

18.一种等离子体处理室的密封装置，该等离子体处理室中有一电流通过，该密封装置包括：

用于环绕该等离子体处理室交互作用空间的部件；

用于当将该电流所产生电磁场与密封区域相隔离时，将该电流返回到地的部件。

19.根据权利要求18的密封装置，其中所述用于环绕该交互空间的部件包括一电绝缘材料。

20.根据权利要求19的密封装置，其中所述电绝缘材料包括石英。

21.根据权利要求18的密封装置，其中所述用于将该电流返回到该地的装置包括一电绝缘材料。

22.根据权利要求21的密封装置，其中所述导电材料包括铝。

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