等离子体反应室的可替换上室部件制造技术

一种等离子体反应室的上室部件，包括在上表面作为热电偶和电阻温度检测器接口的盲孔的陶瓷窗口，包含对窗口底部进行真空密封的上表面的室顶界面，以及包含安装于室顶界面侧壁上的8个侧喷射器的气体喷射系统，以及包含从单一气体供给器连接提供对称气流到该8个喷射器的管道的气体输送系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及半导体衬底制造技术，尤其涉及等离子体室上室部分的可替换部件。
技术介绍
在衬底(例如半导体衬底或用于平板显示器制造的玻璃面板)的加工中，经常采用等离子体。例如，作为衬底加工的部分，该衬底被分割为多个模具或多个矩形区域，任意 一个模具或矩形区域将变为集成电路。然后通过一系列选择性去除(蚀刻)和沉积(沉积)材料的步骤加工该衬底，以便在其上形成电器元件。在示例性的等离子体处理中，蚀刻前用硬化乳胶薄膜(即，如光刻胶掩膜)涂覆衬底。然后，选择性去除硬化乳胶区域，使得底层元件暴露。然后在等离子体处理室中将该衬底置于衬底支撑结构上，该衬底支撑结构包含单极或双极电极，称为卡盘或底座。然后让适当的蚀刻剂源流入室内，激发以形成等离子体来蚀刻该衬底的暴露区域。现参见图1，所示为电感耦合等离子体处理系统元件的简单示意图。一般来说，等离子体室(室)202由形成室侧壁的底室部分250、形成室侧壁的上室部分244以及顶部252组成。一组合适的气体从气体分配系统222流入室202。这些等离子体处理气体随后可离子化形成等离子体220，以便加工(例如，蚀刻或沉积)位于静电卡盘(卡盘)216与边环215上的衬底224 (如半导体衬底或玻璃面板)的暴露区域。气体分配系统222通常由装有等离子体处理气体(例如 C4F8、C4F6, CHF3> CH2F3> CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, 02、Ar、Xe、He、H2,順3、5 6、8(13、(12等)的压缩气筒(未显示)组成。感应圈231通过形成上室壁的介电窗口 204与等离子体分隔开，通常在等离子体处理气体中诱发时变电流，从而产生等离子体220。所述窗口不仅保护感应圈免受等离子体220的影响，而且允许产生的射频磁场208在等离子体处理室内产生感应电流211。与感应圈231进一步耦合的匹配网络232，可进一步耦合到射频发生器234。匹配网络232试图将通常在约13. 56兆赫以及约50欧姆运行的射频发生器234的阻抗与等离子体220的阻抗相匹配。另外，第二射频能量源238也可通过匹配网络236耦合到衬底224以便造成等离子体的偏压，并引导等离子体离开等离子体处理系统内的位置(structure)而接近衬底。通过泵220去除室内气体和副产品。通常，某种类型的冷却系统240耦合到卡盘216以便在等离子体被点燃后达到热平衡。该冷却系统自身由通过该卡盘中的腔泵送冷却剂的冷却器以及在卡盘和衬底间泵送的氦气组成。除了去除所产生的热量，氦气也允许该冷却系统迅速控制热量消散。即，增加氦气压力增大了传热速率。大多数等离子体处理系统也由包含操作软件程序的精密计算机控制。在典型的作业环境中，通常为特定的等离子体处理系统和具体配方配置生产工艺参数(如电压、气流混合物、气体流速、压力等)。此外，加热和冷却装置246可运行以控制等离子体处理装置202上室部分244的温度，使得该运行时暴露于等离子体的上室部分244的内表面维持在控制温度。该加热和冷却装置246由一些不同材料层组成，以适应加热和冷却操作。该上室部分自身通常由耐等离子体材料构建，该材料接地或者对该等离子体处理系统内产生的射频磁场透明(即，涂覆或未涂覆的铝、陶瓷等)。例如，上室部分可为铝加工件，可将其拆除以进行清洁或替换。上室部分的内表面优选用耐等离子体材料涂覆，如热喷涂氧化钇涂层。由于该类型的陶瓷涂层容易损坏，清洁很成问题，而且由于一些等离子体工艺处理的灵 敏性，有时候更趋向替换上室部分而不是将其拆除以进行清洁。此外，维护后正确重安装上室部分通常很困难，因为它必须与室底部分恰当对齐，以便一套垫片恰当地密封上室部分周围。轻微的偏差将妨碍正确的安装布置。上室部分材料的容积也倾向向等离子体处理系统增加可观的热质。热质是指能长期储存热能的材料。一般说来，等离子体工艺倾向于对温度变化非常敏感。例如，已建立的处理窗口外的温度变化可直接影响聚合物薄膜(如聚氟)在衬底表面的蚀刻率或沉积率。通常需要衬底间的温度有可重复性，因为许多等离子体处理配方也可能要求温度变化处于约零点几摄氏度的级别。鉴于此，上室部分经常加热或冷却以便将该等离子体工艺大体上维持在已建立的参数内。随着等离子体的点燃，衬底吸收热能，随后测量该热能，然后通过冷却系统去除。同样地，该上室部分可进行热控制。但是，等离子处理可要求在多步处理中的温度变化，也许有必要将上室部分加热到100°c以上的温度，例如120、130、140、150或160°C或其间的任何温度，然而在先的上室部分在较低温度约60°C运行。更高的温度可导致如室底部分的相邻元件不希望的温度升高。例如，如果预期在约130到150°C的温度运行上室部分和上置的介电窗口以及在约30°C的周围温度运行室底部分，热量可从更热的上室部分流入室底部分并充分升高其温度以影响半导体衬底经受的等离子体处理条件。因此，上室部分引起的热流变化可导致衬底温度变化超过精密的配方参数。鉴于上述情况，具有优化等离子体处理系统中等离子体工艺的理想匹配特征的可替换上室部件将产生有益的效果。
技术实现思路
在优选的实施方式中，能加工半导体衬底的等离子体反应室，其上室部分的可替换室顶界面，包含单片金属圆筒，该单片金属圆筒具有直径一致的内表面，从该内表面水平延伸的上部真空密封面以及从该内表面水平延伸的下部真空密封面；适于密封该等离子体室的介电窗口的上部环状真空密封面；适于密封该等离子体室的底部部分的下部环状真空密封面；该圆筒上部的热质，该热质由该圆筒的更宽部分限定在该内表面和沿着该上凸缘垂直延伸的外表面之间，该热质在让该内表面的方位温度均匀方面是有效的，以及该圆筒下部的、能有效减少通过下部真空密封面的热转移的热阻风门，该热阻风门由厚度小于O. 25英寸且延伸达该内表面长度的至少25%的薄金属部分限定。在另一项实施方式中，加工半导体衬底的等离子体反应室的上室部分的可替换窗，包含厚度均一的陶瓷磁盘，至少一个配置成容纳温度监控传感器的盲孔，适用于密封室顶界面的上部真空密封面的真空密封面，以及配置成容纳输送处理气体进入该室中心的顶部气体喷射器的中心孔。在进一步的实施方式中，配置成供应气体到安装于室顶界面侧壁上的侧喷射器的气体输送系统包含从共用供给器接收调谐气体的分岔气体管线，以及配置成将调谐气体从共用供给器等距离流入喷射器的气体管。该侧喷射器可包括围绕室顶界面对称排列的8个喷射器，该气体管线可包括八条气体管线，其中两条等长度的主要气体管线从该共用供给器延伸，两条等长度的第二气体管线从该主要气体管线出口延伸，四条等长度的第三气体管线从该第二气体管线出口延伸。该主要气体管线长于该第二气体管线，该第二气体管线长于该第三气体管线。该主要气体管线连于该第二气体管线的中点，该第二气体管线连于该第三气体管线的中点。设计该气体输送系统以安装于室顶界面的外表面中环形槽限定的小容积内。附图说明图1所示为等离子体处理系统的简单示意图；图2所示为本文所述的包含窗口、室顶界面以及侧喷射器气体供应系统的示例性等离子体室的透视图。图3A-D所示为本文所述的室顶界面的细节。图4A-H所示为本文所述的陶瓷窗口的细节。图5A-K所示为本文所述的侧气体喷射输送系统的细节。图6A-B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.10 US 61/241,321所限定的本发明主旨和实质范围内。权利要求1.一种加工半导体衬底的等离子体反应室的可替换上室部件，包括窗口、侧气体输送系统和/或室顶界面，其中该室顶界面包括，单片金属圆筒，该单片金属圆筒具有均一直径的内表面、从该内表面水平延伸的上凸缘以及从该内表面水平延伸的下凸缘；适于密封该等离子体室的介电窗口的上部环状真空密封面；适于密封该等离子体室的底部部分的下部环状真空密封面；该圆筒上部的热质，该热质由该圆筒的更宽部分限定在该内表面和沿着该上凸缘垂直延伸的外表面之间，该热质有效保持该内表面的方位温度均匀，以及该圆筒下部的、有效减少通过下部真空密封面的热转移的热阻风门，该热阻风门由厚度小于O. 25英寸且延伸达该内表面长度的至少25%的薄金属部分限定；该窗口包括厚度均一的陶瓷磁盘，至少一个配置成容纳温度监控传感器的盲孔，适于密封室顶界面上凸缘的真空密封面，以及配置成容纳输送工艺气体进入该室中心的顶部气体喷射器的中心孔；以及/或该气体输送系统包括从共用供给器接收调谐气体的分岔气体管线，以及配置成让调谐气体从该共用供给器等距离流入安装在该室顶界面侧壁上的喷射器的气体管。2.根据权利要求1所述的可替换上室部件，其中该气体输送系统包括沿该室顶界面对称排列的8个喷射器，该气体管线可包...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·阿瑟·布朗，杰夫·A·博加特，伊恩·J·肯沃西，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：
国别省市：