空气冷却的法拉第屏蔽罩和使用该屏蔽罩的方法技术

本发明专利技术涉及空气冷却的法拉第屏蔽罩和使用该屏蔽罩的方法，具体提供了一种用于等离子体处理室中的处理室和法拉第屏蔽罩系统。一种系统包括限定法拉第屏蔽罩的圆盘结构，并且所述圆盘结构具有处理侧和后侧。所述圆盘结构自中心区域之间延伸到周边区域。所述圆盘结构存在于所述处理空间内。所述系统还包括具有内部压力通风系统的毂，用于输送从输入管道接收到的流体流并从输出管道排出所述流体流。所述毂具有耦合到所述圆盘结构的后侧的中心区域的交界面。流体输送控制装置耦合到所述毂的所述输入管道。所述流体输送控制装置被配置成具有流速调节器。经调节的空气可以是经放大的或者可以是压缩干燥空气(CDA)。

【技术实现步骤摘要】
空气冷却的法拉第屏蔽罩和使用该屏蔽罩的方法要求优先权本申请根据35U.S.C.119§(e)要求于2013年7月17日提交的申请号为61/847,407，以及专利技术名称为“空气冷却的法拉第屏蔽罩和使用该屏蔽罩的方法”的美国临时专利申请的权益和优先权，其全文通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及半导体制造，并且更具体地说，涉及含有在等离子体蚀刻装置中使用的法拉第屏蔽罩的室。
技术介绍
在半导体制造中，通常并反复进行蚀刻处理。如本领域技术人员所公知的，有两种类型的蚀刻处理：湿蚀刻和干蚀刻。一种类型的干蚀刻是使用诸如变压器耦合等离子体(TCP)室之类的电感耦合等离子体蚀刻装置进行的等离子体蚀刻。等离子体包含各种类型的自由基，以及正离子和负离子。该各种自由基、正离子和负离子的化学反应用于蚀刻晶片的特征、表面和材料。在蚀刻处理期间，室线圈执行类似于变压器中的初级线圈的功能的功能，而等离子体执行类似于变压器中的次级线圈的功能的功能。通过蚀刻处理产生的反应产物可以是挥发性的或非挥发性的。挥发性反应产物通过排气口与使用过的反应气体一起排出。然而，非挥发性反应产物通常留在蚀刻室中。该非挥发性反应产物可能附着在室壁和介电窗上。非挥发性反应产物对该窗的附着可能会干扰蚀刻处理。过度的沉积可能导致颗粒由该窗剥落到晶片上，从而干扰蚀刻处理。在一些实施方式中，在室内部使用法拉第屏蔽罩，使得该法拉第屏蔽罩阻止在该窗上的沉积。在这种情况下，然后沉积物将积累在该法拉第屏蔽罩上，随着时间的推移，这也能导致颗粒的剥落或剥离。如果为了延长时间周期而向该法拉第屏蔽罩施加过高的温度，则该法拉第屏蔽罩本身的涂层也可以脱落。在TCP室中，主要是通过存在于该窗上方的TCP线圈输送加热所述室及其相关部件的功率。在蚀刻处理期间，室及其部件可以通过各种步骤循环，使热量从该处理到达类似的循环水平，例如，从热到非常热、或从冷到热、从热到冷，等等。当该法拉第屏蔽罩接收这样的沉积物时，则该温度循环本身可能导致该沉积材料的这种剥落或剥离。目前，为了解决这个问题，需要经常清洁室，或者当确定存在于该法拉第屏蔽罩中的沉积物(例如，蚀刻副产物)可能剥落或剥离，并且最终降落在正被处理的晶片上的时候需要清洁室。本专利技术的实施方式就是在这样的背景下产生的。
技术实现思路
等离子体处理室利用射频(RF)功率在室中产生等离子体。该RF功率通常经由电介质(陶瓷或石英窗)引入，并且也可以通过经涂覆(例如，阳极氧化)的法拉第屏蔽罩(例如，接地的金属或浮动电介质)耦合，该法拉第屏蔽罩浸没在等离子体环境中。在等离子体处理过程中，RF感应加热使该法拉第屏蔽罩的温度升高，并可能急剧地升高该法拉第屏蔽罩的温度至超过使阳极氧化涂层或沉积的等离子体副产物开始剥落和/或剥离的阈值，这可能会产生晶片上的颗粒和缺陷问题。本文所定义的实施方式提供的方法和结构用于控制和/或维持法拉第屏蔽罩的成功操作的温度并最大限度地减少热循环的问题。在一个实施方式中，通过升高或预设空气流动到与法拉第屏蔽罩接合的毂的速率可以帮助降低该法拉第屏蔽罩中心区域附近的温度。这提供了在操作过程中控制该法拉第屏蔽罩的温度和降低温度宽周期波动的方法和系统。在一个实施方式中，压缩干燥空气(CDA)在空气路径导向压力通风系统的协助下提供了一种冷却该法拉第屏蔽罩的方法，该空气路径导向压力通风系统将空气导向中心毂，从而将多余的热量去除并将该热量移出进入TCP线圈的外壳。在一个实施方式中，相当于10立方英尺/分钟(CFM)或更大的流量并且在10至20磅/平方英寸(PSI)的范围内的高进口压力的压缩干燥空气(CDA)，使得在狭窄的空气压力通风系统中能形成超强对流。其它示例性的参数描述如下。在一个实施方式中，该压力通风系统连接到中央空气输送毂，该中央空气输送毂支持空气入口和空气出口的一个或多个流以获得最佳的混合以及获得自法拉第屏蔽罩的内部接触面的最佳的散热，并降低了该屏蔽罩的工作温度以及最大限度地减少热循环的问题。在另一个实施方式中，替代CDA，可以使用空气，并利用空气放大器来增大流量或利用基于液体的冷却。此外，空气放大器也可以适应于各种各样的窜气压力通风系统设计，该设计优化空气路径并产生均匀的温度分布，且提供范围广泛的用于在RF或等离子体环境中的内部的法拉第屏蔽罩和/或部件的窗冷却选项。在一个实施方式中，提供了一种在等离子体处理室中使用的法拉第屏蔽罩系统。该系统包括限定法拉第屏蔽罩的圆盘结构，并且该圆盘结构具有处理侧和后侧。该圆盘结构自中心区域到周边区域之间延伸。该圆盘结构存在于处理空间(volume)内。该系统还包括具有内部压力通风系统的毂，该内部压力通风系统用于输送从输入管道接收到的空气流并从输出管道排出空气流。该毂具有耦合到该圆盘结构的后侧的中心区域的交界面。流体输送控制装置耦合到该毂的输入管道。流体输送控制装置被配置成具有流速调节器。经调节的空气可以是经放大的或压缩的干燥空气(CDA)。该系统包括耦合到该毂的输出管道的流体去除控制装置，该流体去除控制装置用于从该毂的压力通风系统去除空气流。该毂的压力通风系统限定进出该毂的环路，并且空气流与处理空间隔离。提供了用于控制设置空气流的流速的流速调节器的控制器。在另一个实施方式中，公开了一种等离子体处理装置。该装置包括具有壁的室和限定在处理空间中的衬底支撑件，以及法拉第屏蔽罩。该法拉第屏蔽罩具有圆盘状物，其具有处理侧和后侧，并且该圆盘状物自中心区域到周边区域之间延伸。该法拉第屏蔽罩限定在处理空间内，使得该处理侧面向衬底支撑件。该装置包括具有内部压力通风系统的毂，该内部压力通风系统用于输送从输入管道接收到的流体流并从输出管道排出流体流。该毂具有与该法拉第屏蔽罩的后侧的中心区域热耦合的交界面。流体输送控制装置耦合到该毂的输入管道，该流体输送控制装置被配置成具有流速调节器，流速调节器用于设置流经该毂的压力通风系统的流体流的流速。流体去除控制装置耦合到该毂的输出管道，该流体去除控制装置用于从该毂的压力通风系统去除流体流。在又一实施方式中，公开了一种用于控制设置在等离子体处理室的处理空间内的法拉第屏蔽罩的温度的方法。该方法包括将毂热耦合到在法拉第屏蔽罩的中心区域的法拉第屏蔽罩的后侧。该毂具有用于接收空气并排出空气的压力通风系统，使得空气通过压力通风系统流通。该方法包括提供空气流到该毂的压力通风系统中。在处理空间的外部保持空气流进出该压力通风系统。该方法还包括调节流入该压力通风系统的空气的流速。配置该调节来控制调整该毂在与该法拉第屏蔽罩的中心区域热耦合处的温度。该调节与在该处理空间中进行的处理步骤相关。在一个实施方式中，增大空气的流速以减少法拉第屏蔽罩的中心区域的温度，从而引起通过该法拉第屏蔽罩朝向中心区域的热传导。附图说明通过参考以下结合附图的描述可以更好地理解本专利技术连同其进一步的优点。图1根据本专利技术的一个实施方式示出了用于蚀刻操作的等离子体处理系统。图2A根据本专利技术的一个实施方式示出了在等离子体处理中使用的室的部分，其具有与毂接合的法拉第屏蔽罩，该毂用于在处理空间的外部将热传导远离该法拉第屏蔽罩。图2B根据本专利技术的一个实施方式示出了具有毂和该毂用于接触法拉第屏蔽罩的交界面以及任选地接触介电窗的室的另一个简化的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理装置，其包括：室，所述室具有壁和限定在处理空间内的衬底支撑件；法拉第屏蔽罩，所述法拉第屏蔽罩具有有处理侧和后侧的圆盘状物，所述圆盘状物自中心区域到周边区域之间延伸，所述法拉第屏蔽罩限定在所述处理空间内，使得所述处理侧面向所述衬底支撑件；具有内部压力通风系统的毂，其用于输送从输入管道接收到的流体流并从输出管道排出所述流体流，所述毂具有与所述法拉第屏蔽罩的后侧的中心区域热耦合的交界面；耦合到所述毂的所述输入管道的流体输送控制装置，所述流体输送控制装置被配置成具有流速调节器，所述流速调节器用于设置流经所述毂的所述压力通风系统的所述流体流的流速；以及耦合到所述输出管道的流体去除控制装置，其用于从所述毂的所述压力通风系统去除所述流体流。

【技术特征摘要】
2013.07.17 US 61/847,407;2013.08.23 US 13/974,3241.一种等离子体处理装置，其包括：室，所述室具有壁和限定在处理空间内的衬底支撑件；法拉第屏蔽罩，所述法拉第屏蔽罩具有有处理侧和后侧的圆盘状物，所述圆盘状物自中心区域到周边区域之间延伸，所述法拉第屏蔽罩限定在所述处理空间内，使得所述处理侧面向所述衬底支撑件；具有内部压力通风系统的毂，其用于输送从输入管道接收到的流体流并从输出管道排出所述流体流，所述毂具有与所述法拉第屏蔽罩的后侧的中心区域热耦合的交界面；耦合到所述毂的所述输入管道的流体输送控制装置，所述流体输送控制装置被配置成具有流速调节器，所述流速调节器用于设置流经所述毂的所述压力通风系统的所述流体流的流速；以及耦合到所述输出管道的流体去除控制装置，其用于从所述毂的所述压力通风系统去除所述流体流。2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，还包括：设置在所述法拉第屏蔽罩上方的介电窗。3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，还包括：设置在所述介电窗上方的变压器耦合等离子体线圈。4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述毂的所述压力通风系统限定了进出所述毂的环路，使得在所述处理空间的外部维持所述流体流。5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述流体流使所述法拉第屏蔽罩的所述中心区域温度降低，所述中心区域温度降低引起穿过所述法拉第屏蔽罩朝向所述中心区域的传导性的热流。6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其中所述毂的所述压力通风系统限定进出所述毂的环路，使得所述流体流被维持在所述处理空间的外部。7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述法拉第屏蔽罩的所述后侧的所述中心区域包括与所述毂的所述压力通风系统配合的压力通风系统，使得所述毂的所述交界面围绕所述法拉第屏蔽罩的所述压力通风系统，其中与所述法拉第屏蔽罩的所述后侧的所述热耦合被限定在所述交界面，并且经由流体流穿过所述毂传输。8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其中所述毂的所述压力通风系统和所述法拉第屏蔽罩的所述压力通风系统限定了进出所述毂的环路，并且在所述处理空间的外部维持所述流体流。9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其还包括：限定在所述毂的中心空腔中的气体喷射器，所述气体喷射器限定用于提供处理气体进入所述处理空间。10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其还包括：限定在所述毂的中心空腔中的光探针，所述光探针限定用于监控所述处理空间在使用过程中的处理条件。11.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述流体输送控制装置输送选自气体、液体或它们的混合物中的流体。12.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中将流体耦合到冷却器以在通过所述流体输送控制装置输送所述流体之前降低所述流体的温度。13.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其还包括：耦合到所述流体输送控制装置的压缩干燥空气源。14.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其还包括：耦合到所述流体输送控制装置的空气供应源和空气放大器。15.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其还包括：用于控制所述流体输送控制装置的所述流速调节器的控制器。16.根据权利要求15所述的等离子体处理装置，其中所述控制器将所述流体输送控制装置的流速关联于将通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯拉瓦纳普利安·斯利拉曼，约翰·德鲁厄里，乔恩·麦克切斯尼，亚历克斯·帕特森，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US