CN1853254A - 用于改良的挡板的方法和装置 - Google Patents

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CN1853254A CNA2004800269690A CN200480026969A CN1853254A CN 1853254 A CN1853254 A CN 1853254A CN A2004800269690 A CNA2004800269690 A CN A2004800269690A CN 200480026969 A CN200480026969 A CN 200480026969A CN 1853254 A CN1853254 A CN 1853254A
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史蒂文·T·芬克
埃里克·J·施特朗
亚瑟·H·小拉弗拉弥
杰伊·华莱士
桑德拉·海岚德
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Abstract

一种挡板组件，设置为耦合到等离子为体处理系统中的衬底支架，该组件包括挡板(64)，挡板具有一个或更多个开口，以允许通过其的气体通道，其中挡板耦合到衬底支架便于等离子体处理系统中挡板的自动定心。安装在衬底支架中的定心环(100)可包括设置为与挡板上的配合特征相耦合(68)的定心特征。在等离子体处理系统初始装配之后，挡板可以被替换并在等离子体处理系统中定心而无需对衬底支架进行拆卸和重新组装。

Description

用于改良的挡板的方法和装置
技术领域
本发明涉及将挡板用于等离子体处理系统中的方法和装置，更具体地说，本发明涉及便于等离子体处理系统改进装配的挡板组件。
背景技术
半导体工业中集成电路(IC)的制造通常用等离子体在真空处理系统内产生和辅助表面化学处理，以从衬底上去除材料和在衬底上沉积材料。通常，等离子体是在真空条件下的处理系统内通过用供给的处理气体将电子加热到足以维持电离碰撞的能量而形成的。而且，加热的电子可具有足以维持离解碰撞的能量，因此选择在预定条件下(例如室压力、气体流率等等)的一组特定气体，以产生大量带电物质和化学活性物质，其中所述物质适合系统中正在进行的特定处理(例如从衬底去除材料的刻蚀处理或向衬底增添材料的沉积处理)。
尽管大量带电微粒(离子等等)和化学活性物质的形成对于进行等离子体处理系统对衬底表面的功能(例如材料刻蚀、材料沉积等等)是必要的，但处理室内部的其他元件表面暴露在物理和化学活性的等离子体中，最终可能受到腐蚀。处理系统中暴露元件的腐蚀可能引起等离子体处理性能的逐步降低并使系统最终完全失效。
为了使因暴露于处理等离子体而承受的损害减至最小，可以在处理室内插入可消耗或可替换的元件，例如由硅、石英、氧化铝、碳或碳化硅制造的元件，以保护更有价值的元件表面和/或影响处理中的变化，所述更有价值的元件在频繁替换中可能导致更大成本。此外，还希望选择最小化给处理等离子体带来的、以及可能给衬底上形成的器件带来的多余污染物、杂质等等的材料。这些可消耗或可替换的元件经常被认为是处理套件的一部分，在系统清洁过程中其经常得到维护。
发明内容
本发明描述了用于将挡板用于等离子体处理系统的方法和装置。
根据第一方面，围绕等离子体处理系统中的衬底支架的挡板组件包括定心环和挡板，所述定心环设置为耦合到衬底支架，所述挡板包括一个或更多个通道，其中挡板设置为通过将挡板耦合到定心环而在等离子体处理系统内定心。
根据另一方面，围绕等离子体处理系统中的衬底支架的可置换挡板包括环，该环包括设置为耦合到衬底支架的第一边缘、设置为邻近等离子体处理系统壁的第二边缘以及一个或更多个通道，该通道允许通过其的气体通道，其中第一边缘耦合到衬底支架便于将环在等离子体处理系统中定心，以使第二边缘与壁之间的间距基本是不变的。
此外，用于对围绕等离子体处理系统中的衬底支架的挡板进行替换的方法，包括从等离子体处理系统去除第一挡板以及通过将第二挡板耦合到衬底支架而将第二挡板安装在等离子体处理系统中，其中所述耦合便于第二挡板在等离子体处理系统中的自动定心。
附图说明
在附图中：
图1图示了根据本发明的实施例的等离子体处理系统的示意性框图；
图2A示出了根据本发明的实施例的挡板的平面图；
图2B示出了图2A所示挡板的仰视平面图；
图3示出了图2A和2B所示挡板的截面图；
图4示出了图2A和2B所示挡板的放大平面图；
图5示出了图2A和2B所示挡板的放大截面图；
图6图示了根据本发明的实施例的定心环的平面图；
图7示出了图6所示定心环的截面图；
图8示出了图6所示定心环的放大截面图；
图9示出了图6所示定心环的另一放大截面图；
图10示出了图6所示定心环的另一放大截面图；
图11示出了根据本发明另一实施例的挡板和定心环的截面图；
图12示出了图11所示挡板的平面图；
图13A和13B示出了对图11所示挡板和定心环进行定心的结构的放大平面图和放大截面图；
图13C和13D示出了对图11所示挡板和定心环进行定心的另一结构的放大平面图和放大截面图；
图13E和13F示出了对图11所示挡板和定心环进行定心的另一结构的放大平面图和放大截面图；并且
图14示出了对围绕等离子体处理系统中的衬底支架的挡板进行替换的方法。
具体实施方式
在等离子体处理中，挡板可以用于帮助将等离子体限制在邻近衬底的处理区域以及用于影响邻近衬底的处理区域中的流体力学特性的均匀性。对于传统的等离子体处理系统，挡板设置为围绕着衬底支架，并且在许多情况下，用紧固件将挡板物理耦合到衬底支架。通常，挡板包括多个开口，以允许处理气体、反应物和反应产物到达真空泵浦系统的通道。
根据本发明的实施例，等离子体处理系统1示于图1，其包括等离子体处理室10，上组件20、电极板组件24、用于支撑衬底35的衬底支架30以及耦合到用于在等离子体处理室10中提供减压环境11的真空泵(未示出)的泵浦管道40。等离子体处理室10可便于在邻近衬底35的处理空间12中形成处理等离子体。等离子体处理系统1可以设置为处理任意尺寸的衬底，例如200mm衬底、300mm衬底或更大的。
在图示的实施例中，电极板组件24包括电极板26(图1)和电极28(图1)。在可替换实施例中，上组件20可包括盖子、气体注入组件和上电极阻抗匹配网络中的至少一个。电极板组件24可以耦合到RF源。在另一种可替换实施例中，上组件20包括耦合到电极板组件24的盖子，其中电极板组件24维持在与等离子体处理室10相等的电位。例如，可以将等离子体处理室10、上组件20和电极板组件24电连接到地电位。
等离子体处理室10还可以包括耦合到沉积屏蔽14的光学观察口16。光学观察口16可包括耦合到光学窗口沉积屏蔽18背面的光学窗口17，并可以设置光学窗口凸缘19，以将光学窗口17耦合到光学窗口沉积屏蔽18。可以在光学窗口凸缘19与光学窗口17之间、光学窗口17与光学窗口沉积屏蔽18之间以及光学窗口沉积屏蔽18与等离子体处理室10之间提供密封元件，例如O形环。光学观察口16使得可以监视来自处理空间12中的处理等离子体的光发射。
衬底支架30还可以包括由波纹管52围绕的垂直移动器件50，所述波纹管52耦合到衬底支架30和等离子体处理室10并设置为将垂直平移器件50与等离子体处理室10的减压环境11密封地分开。另外，波纹管屏蔽54可被耦合到衬底支架30并设置为保护波纹管52免于处理等离子体。衬底支架30还可以耦合到聚焦环60和屏蔽环62中的至少一个。此外，挡板64可以围绕衬底支架30的周边延伸。
衬底35可以由自动衬底输送系统经过槽形阀(slot valve，未示出)和室通路(未示出)输送出入等离子体处理室10，其中衬底35在衬底输送系统中由容纳在衬底支架30内的衬底提升销(未示出)支撑并由容纳在其中的器件进行机械平移。一旦从衬底输送系统接收到衬底35，就将其降低到衬底支架30的上表面。
衬底35可以由静电夹持系统固定到衬底支架30。此外，衬底支架30还可以包括冷却系统，该冷却系统包括再循环冷却剂流，其从衬底支架30接收热量并将热量传送到热交换系统(未示出)，或者在加热时传送来自热交换系统的热量。此外，气体可以由背面气体系统传递给衬底35背面，以提高衬底35与衬底支架30之间的气隙导热性。当需要衬底的温度控制于更高或更低温度时可以使用这样的系统。在其他实施例中可以包括加热元件，例如电阻加热元件或热电加热器/冷却器。
在图1所示的图示实施例中，衬底支架30可包括电极，经过该电极将RF功率耦合到处理空间12中的处理等离子体。例如，可以通过将RF功率从RF发生器(未示出)经过阻抗匹配网络(未示出)传输到衬底支架30而使衬底支架30在RF电压上电偏压。RF偏压可用于加热电子，以形成和维持等离子体。在此结构中，系统可作为反应离子刻蚀(RIE)反应器，其中室和上气体注入电极用作接地表面。用于RF偏压的通常频率可以从约1MHz到约100MHz范围或者约13.56MHz。用于等离子体处理的RF系统是本领域技术人员熟知的。
或者，处理空间12中的处理等离子体可以用平行板、容性耦合等离子体(CCP)源、感性耦合等离子体(ICP)源、及其任意组合以及带有或不带磁系统形成。或者，处理空间12中的处理等离子体可以用电子回旋共振(ECR)形成。在另一实施例中，处理空间12中的处理等离子体由螺旋波的产生形成。在另一实施例中，处理空间12中的处理等离子体由传播的表面波形成。
现在参考图2A(俯视平面图)、图2B(仰视平面图)和图3(截面图)所示的本发明的图示实施例，挡板64可以形成包括上表面82、下表面84、内径向边缘86和外径向边缘88的环。挡板64还可以在上表面82与下表面84之间包括至少一个通道90，该通道90设置为使气流可以从其经过。
图4提供了几个通道90的放大平面图，图5提供了通道90之一的放大截面图，其中放大截面图提供了沿着通道90的短轴所取的横截面图。每个通道90包括与挡板64的上表面82和下表面84相接触的内通道表面92。例如，至少一个通道90可以包括由最接近每个通道90的上表面82与下表面84之间的距离指示的长度，其具有从约1到约50mm的尺寸范围。或者，该长度可以从约1到约10mm变化，该长度也可以是约3mm。通道可以用例如机加工、激光切割、磨削、抛光和锻造中的至少一种来制造。
在图4和图5所示的图示实施例中，所述的至少一个通道90可包括沿径向方向对准的槽。例如，如图2A、2B和4所示，槽可以在每度之间方位角地间隔。在本发明的可替换实施例中，槽可以在方位角方向上对准。在本发明的可替换实施例中，槽可以是倾斜的并从而部分地在径向和方位角方向上对准。在可替换实施例中，通道90可包括其对准方法的组合。或者，通道可以包括至少一个节流孔。或者，通道包括多个节流孔，其在挡板64上具有不变的尺寸和均匀的分布。或者，通道包括多个节流孔，其中节流孔的尺寸、分布(或者数量密度)和节流孔形状中至少一项沿挡板64变化。例如，当真空泵(未示出)经过泵浦管道40而访问处理室10时，如图1所示，通道的数目或者通道的尺寸在接近泵浦管道40的入口处可以局减小，以便校正此布置固有的非均匀压力场。
此外，仍参考图4，截面面积可以是例如沿着从上表面82到下表面84的通道长度方向上是不变的。或者，下表面84处通道90的截面出口面积可以包括例如大于上表面82处通道90的相应截面入口面积。或者，下表面84处通道90的截面出口面积可以包括例如小于上表面82处通道90的相应截面入口面积。
根据本发明的实施例，挡板64可以通过将挡板上的配合特征与衬底支架上的定心特征相耦合而在衬底支架上自动定心。例如，挡板64上的配合特征包括内径向边缘86上的配合表面87(见图5)。此外，衬底支架上的定心特征可以包括固定到衬底支架的定心环。图6示出了定心环100的平面图，图7示出了定心环100的截面图。定心环100可包括凸缘区域110和唇部区域112，其中唇部区域112还包括定心表面120。定心表面120可以包括例如如图6和7所示的径向表面，其中将挡板64耦合到定心环100时在配合表面87与定心表面120之间提供径向位置的间隙配合。
一旦挡板64被耦合到定心环100，挡板64的下表面84就可以置于定心环100的凸缘区域110的接收表面122的上面。或者，挡板64可以用紧固件(例如螺栓)固定到定心环100，以便维持其间的机械压力。例如，如图2A和2B以及图3所示，挡板64包括一个或更多个通孔92，每个通孔具有沉孔94，紧固件(未示出)例如螺栓可以经过通孔延伸，其中各个沉孔94便于捕获紧固件头部。此外，如图8所示，定心环100包括例如内螺纹孔124，其中内螺纹孔124捕获紧固件的螺纹末端。当将挡板64紧固到定心环100时，由例如螺纹紧固件上的扭矩作用施加的机械压力可以提高挡板64与定心环100之间的热接触。
此外，如图9所示，定心环100包括一个或更多个紧固通孔126，每个紧固通孔126具有紧固沉孔128，紧固件(未示出)例如螺栓可以经过紧固通孔126延伸，其中各个紧固沉孔128便于捕获紧固件头部。此外，例如，为了将挡板64紧固到定心环100，挡板64还可以包括一个或更多个间隙(clearance relief)96，其设置为给用于将定心环100耦合到衬底支架的一个或更多个紧固件提供空隙。使用紧固件和一个或更多个紧固通孔126可以便于将定心环100固定到衬底支架。
此外，定心环100还可以包括电接触特征，其中电接触特征包括例如凹槽130(见图8、9和10)，其设置为容纳可变形的电接触器件例如SpirashieldTM。当将挡板64机械地紧固到定心环100并将定心环100机械地紧固到衬底支架时，SpirashieldTM(具有由螺旋形金属屏蔽围绕的弹性内核)被压缩在凹槽130内，因此改进了挡板64与定心环100之间的电接触性。
此外，还可以在挡板64以及定心环100的任意表面上形成保护性屏障100。保护性屏障100可以便于例如当挡板暴露于例如等离子体的苛刻处理环境时预备抗腐蚀表面。在制造过程中，保护性屏障可以包括在一个或更多个表面上提供表面阳极化处理、在一个或更多个表面上提供喷涂镀膜或者使一个或更多个表面经受等离子体电解氧化中的至少一个。保护性阻挡层可以包括由第III族元素和镧系元素中的至少一个形成的镀膜。保护性镀膜可以包括Al2O3、氧化钇(Y2O3)、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3和DyO3中的至少一个。阳极化处理铝元件和施加喷涂镀膜的方法是表面材料处理领域技术人员熟知的。
可以给挡板64的所有表面提供保护性阻挡层，可以用上述的任意技术施加。在另一示例中，挡板64上除了如图2B所示的下表面84上的接触区域98(交叉阴影线区域)之外的所有表面都被提供了用上述任意技术施加的保护性阻挡层。在将保护性阻挡层涂敷到挡板表面之前，可以将接触区域98掩膜，以防在其上形成阻挡层。或者，在将保护性阻挡层施加到挡板表面之后，可以对接触区域98进行机加工，以去除形成于其上的阻挡层。
也可以如图11、12、13A和13B所示实现挡板64相对于定心环100的定心。销钉101和配合销孔102与菱形销103和另一配合销孔104一起提供了这样的特征，该特征用于当用带螺纹的金属件68耦合部件时将挡板64定心到定心环100。这种布置常用于定心，并易于被熟悉对准两个或更多元件的技术领域的任何人员理解。
另一可替换的定心实施例可以如图11、12、13C和13D所示来实现。图13C和13D示出对图13A、13B以及图13A所示图12的部分的改变。销钉101和配合销孔102(图12中)以及另一销钉203和配合槽特征(图13C和13D中)提供了这样的特征，其用于当用带螺纹的金属件68耦合各部分时将挡板64定心到定心环。这种布置也是常用的，并易于被熟悉对准两个或更多零件的技术领域的任何人员理解。
另一种可替换的定心实施例可以如图11、12、13E和13F所示来实现。图13E和13F示出对图13A、13B以及图13A所示图12的部分的改变。挡板164和定心环400的定心是通过使用径向平面齿轮齿165来实现的。当挡板164与定心环400用带螺纹的金属件68耦合并紧固时，齿相互啮合。定心特征的这种布置也易于被熟悉对准两个或更多零件的技术领域的任何人员理解。
现在参考图14，其描述了对围绕着等离子体处理系统中的衬底支架的挡板进行替换的方法。此方法包括从210开始的流程图200，其从等离子体处理系统去除第一挡板。去除第一挡板可以包括例如将等离子体处理系统排放到大气环境并打开等离子体处理室以处理其内部，接着将挡板从衬底支架上拆开。将挡板从衬底支架上拆开可以包括例如将挡板抬起到离开衬底支架，或者从衬底支架上除去用于将挡板紧固到衬底支架的紧固件然后将挡板抬起离开衬底支架。
在220中，通过将第二挡板耦合到衬底支架而将第二挡板安装到等离子体处理系统中，其中耦合便于第二挡板在等离子体处理室中的自动定心。第二挡板可包括再磨光后的第一挡板，也可以是新制造的挡板。第二挡板在等离子体处理系统中的自动定心可以如上所述通过在挡板的外径向边缘上提供配合表面并将配合表面耦合到安装在衬底支架上的定心环唇部区域上的定心表面而实现。或者，第二挡板在等离子体处理系统中的自动定心可以通过提供两个或更多的安装在挡板的接触表面上的销钉并将挡板上的销钉耦合到定心环的接收表面上的两个或更多个接收孔而实现。
尽管上面只详细说明了此发明的某些示例性实施例，但本领域技术人员容易理解，可以在示例性实施例中进行许多修改而实质上不脱离此发明的新颖内容和优点。因此，所有这些修改都应当包括在本发明的范围内。
此PCT申请基于2003年11月12日提交的美国非临时专利申请No.10/705,224并要求其优先权，其全部内容通过引用而结合于此。

Claims (17)

1.一种围绕着等离子体处理系统中的衬底支架的挡板组件，包括：
定心环，所述定心环设置为耦合到所述衬底支架上；以及
挡板，所述挡板包括一个或更多个通道，其中所述挡板设置为通过将所述挡板耦合到所述定心环而在所述等离子体处理系统中定心。
2.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述定心环用紧固件耦合到所述衬底支架。
3.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述定心环包括定心特征，所述定心特征设置为将所述挡板在所述定心环上定心。
4.根据权利要求3所述的挡板组件，其中所述定心特征包括定心销钉、定心插座、定心边缘和径向平面齿轮齿中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的挡板组件，其中所述挡板包括配合特征，所述配合特征设置为与所述定心特征相耦合。
6.根据权利要求5所述的挡板组件，其中所述配合特征包括定心销钉、定心插座、定心边缘和径向平面齿轮齿中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述定心环由铝制造。
8.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述挡板由铝、氧化铝、硅、碳化硅、氮化硅、石英、碳和陶瓷中的至少一个制造。
9.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述挡板的表面包括保护性阻挡层。
10.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述挡板的部分表面包括保护性阻挡层。
11.根据权利要求9或10所述的挡板组件，其中所述保护性阻挡层包括表面阳极化处理、用等离子体电解氧化形成镀膜以及喷涂镀膜中的至少一个。
12.根据权利要求9或10所述的挡板组件，其中所述保护性阻挡层包括第III族元素和镧系元素中至少一个的层。
13.根据权利要求9或10所述的挡板组件，其中所述保护性阻挡层包括Al2O3、氧化钇(Y2O3)、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3和DyO3中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述一个或更多个通道包括槽和节流孔中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的挡板组件，其中所述一个或更多个通道的尺寸、形状和分布中至少一项在所述挡板上变化。
16.一种围绕等离子体处理系统中的衬底支架的可置换挡板，包括：
环，包括设置为耦合到所述衬底支架的第一边缘、设置为邻近所述等离子体处理系统的壁的第二边缘以及一个或更多个开口，所述开口允许通过其的气体通道，
其中所述第一边缘到所述衬底支架的所述耦合便于将所述环在所述等离子体处理系统中定心，以使所述第二边缘与所述壁之间的间距基本是不变的。
17.一种用于对围绕等离子体处理系统中的衬底支架的挡板进行替换的方法，包括：
从所述等离子体处理系统去除第一挡板；以及
通过将第二挡板耦合到所述衬底支架而将所述第二挡板安装在所述等离子体处理系统中，其中所述耦合便于所述第二挡板在所述等离子体处理系统中的自动定心。
CNA2004800269690A 2003-11-12 2004-10-19 用于改良的挡板的方法和装置 Pending CN1853254A (zh)

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