提供一种等离子处理系统的等离子室。等离子室限定等离子通道，该等离子通道具有沿等离子通道的长度相反设置的第一侧和第二侧。等离子室包括由介电材料构成的第一区段和第二区段，以及将第一区段和第二区段在第一区段的第一凸缘与第二区段的第三凸缘之间和在第一区段的第二凸缘与第二区段的第四凸缘之间处结合在一起的接口。合在一起的接口。合在一起的接口。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有带有改进的等离子抗性的介电等离子室的等离子源
[0001]本专利技术大体上涉及等离子产生和处理设备的领域，并且更具体地涉及用于对等离子化学性质和污染具有改进的抗性的等离子产生和处理的设备和方法。
技术介绍
[0002]等离子放电可用于激发气体以产生包含离子、自由基、原子和分子的活化气体。活化气体可用于许多工业和科学应用，包括处理固体材料，如半导体晶片、粉末，以及其它气体。等离子的参数和等离子暴露于进行处理材料的条件取决于应用较大地改变。
[0003]例如，某些应用要求使用具有低动能(即，几个电子伏特)的离子，因为所处理的材料对损坏敏感。其它应用(如各向异性蚀刻或平面化介电沉积)需要使用具有高动能的离子。还有其它应用(如反应离子束蚀刻)需要精确控制离子能量。
[0004]一些应用要求将处理的材料直接暴露于高密度等离子。一种这样的应用是产生离子活化的化学反应。其它应用包括蚀刻材料并将材料沉积成高长宽比结构。其它应用要求将处理的材料与等离子隔离，因为该材料对离子造成的损坏敏感，或因为该过程具有很高的选择性要求。
[0005]等离子可各种方式产生，包括直流(DC)放电、射频(RF)放电和微波放电。通过在气体中的两个电极之间施加电势来实现DC放电。通过将能量从功率供应部容性或感性耦合到等离子来实现RF放电。微波放电可通过将微波能量源耦合到包含气体的放电室来产生。
[0006]等离子放电可以以一种方式产生，使得构成等离子的带电物质和可由等离子激活的中性物质都与进行处理的材料紧密接触。备选地，等离子放电可远离进行处理的材料产生，使得相对少的带电物质与进行处理的材料接触，而中性物质仍可与之接触。这种等离子放电通常称为远程或下游等离子放电。取决于其构成、相对于进行处理材料的定位以及操作条件(例如，耦合到等离子中的气体种类、压力、流速和功率)，等离子源可具有这两种通用类型中的任一者或两者的特征。
[0007]现有的远程等离子源大体上利用RF或微波功率来产生等离子。尽管目前的源成功地支持许多应用，但是在那些源的实际使用中留有若干技术限制。例如，基于微波的远程等离子源大体上比RF源更昂贵，因为微波功率产生、传输和匹配负载大体上更昂贵。微波源和功率输送系统大体上也比RF源大，并且需要定期更换产生微波功率的管。
[0008]具有一定程度的容性耦合以及感性耦合的RF远程等离子源可比对应的微波源更便宜且更小。然而，由于等离子中产生的高能离子对那些壁的轰击，故有助于等离子点火过程的容性耦合可能导致等离子室的暴露壁的劣化。利用感性RF耦合但使关联的容性耦合最小化的RF远程等离子源可示出较少的离子诱导的等离子容器表面劣化。然而，减小或消除容性耦合会使等离子点火更难获得，特别是在较宽的工艺条件范围内。
[0009]现有远程等离子源的第二个困难是去除等离子中产生并沉积到等离子室壁上的热量。当等离子室具有复杂的形状时和/或当其由介电材料构成时(在此情况下，用与介电等离子室接触的大量流体直接冷却是不希望的或不切实际的)，尤其是此情况。这具有限制
可以可靠地耦合到等离子中的功率的效果。
[0010]一些现有的等离子室(如美国专利号7,659,489中描述的等离子室)是通过高温成型和焊接相结合使用石英材料制造的，以产生所需的形状(例如环形状)。石英等离子室的一个主要缺点在于，由于暴露于这些化学物质时石英的化学和物理侵蚀速率高，故其与氢和/或卤素等离子化学物质(如氢(H*)、氟化物(F*)和/或氯(Cl*))不兼容。
[0011]另外，一些现有的等离子室，如美国专利号7,166,816中描述的等离子室，是通过用铝机加工若干等离子块而制造的，其中等离子块连接以形成期望形状的等离子通道(例如，环形状)。可使用沉积工艺(例如化学气相沉积、物理气相沉积或等离子喷涂)或转化工艺(例如硬质阳极氧化)涂覆等离子通道的内表面，以在贱金属和等离子之间形成介电势垒。由具有介电涂层的铝等离子块制成的等离子室的一个缺点在于，该涂层通常薄，大约几微米至几十微米，且因此由于介电涂层的电击穿而不能承受点燃过程中气体所需的高等离子点火电压。可使用惰性气体(如氩气)作为点火气体来降低点火电压，但是从点火气体到过程气体的过渡会导致时间延迟，从而降低脉冲等离子应用中的产量。薄涂层的另一个缺点在于，如果涂层中的缺陷使下面的铝暴露于等离子室内的反应性气体中，它们将无法充分保护等离子室本体。此外，在转化涂层的情况下，如使用硬质阳极氧化，直接暴露于等离子的涂层的纯度取决于基础铝合金的纯度。例如，6061铝具有95.8
‑
98.6%的铝含量，其余为其它金属合金元素。这些其它金属杂质可能成为半导体加工中潜在的污染源。而且，许多加工的等离子通道的几何形状都有深孔，其长宽比(长度与直径之比)在2:1到10:1的范围内。这种高长宽比的孔对于使用物理气相沉积(PVD)或等离子喷涂方法进行涂覆是不切实际的，因为这些涂层是从开口端进行涂覆的，并且在难以到达的区域中导致的涂层厚度比所需的涂层厚度小得多。高长宽比的孔可使用其它沉积工艺进行保形涂覆，例如，如化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)。然而，CVD和ALD的沉积速率远低于喷涂的沉积速率，这使这些沉积过程缓慢且昂贵。
[0012]此外，一些现有的等离子室，如美国专利号8,053,700中描述的等离子室，是通过连接多个大体上线性的介电管以实现所需形状(例如，环形状)而形成的。尽管将大体上线性的管用作等离子室的构造块扩大了可用材料的范围，但是主要缺点在于，这增加了制造复杂性和成本。
技术实现思路
[0013]需要对某些等离子化学物质如氢和/或卤素等离子化学物质具有改进的抗性同时在半导体处理中使金属污染最小化的等离子室。还需要可以以较低的复杂度和成本制造的等离子室。
[0014]本专利技术提供了能够点燃过程中气体的厚壁等离子室，其中等离子室可由与等离子化学物质(如氢和/或卤素等离子化学物质)相容(例如，在其中具有低腐蚀速率)的高纯度介电材料制成。高纯度介电材料还可将半导体处理中的金属污染最小化。高纯度介电材料进一步提供了改进的热机械性能。
[0015]一方面，提供了等离子处理系统的等离子室。等离子室限定等离子通道，该等离子通道具有沿等离子通道的长度相反设置的第一侧和第二侧。等离子室包括由介电材料构成的第一区段。第一区段具有(i)第一凸缘，其沿等离子通道的第一侧定位且以第一宽度延伸
超过第一侧，以及(ii)第二凸缘，其沿等离子通道的第二侧定位且以第二宽度延伸超过第二侧。等离子室还包括由介电材料构成的第二区段。第二区段具有(i)第三凸缘，其沿等离子通道的第一侧定位且以第一宽度延伸超过第一侧，以及(ii)第四凸缘，其沿等离子通道的第二侧定位且以第二宽度延伸超过第二侧。等离子室还包括将第一区段和第二区段在第一凸缘与第三凸缘之间和在第二凸缘与第四凸缘之间结合在一起的接口。
[0016]另一方面，提供了一种制造等离子处理系统的等离子室的方法。等离子室限定等离子通道，该等离本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种等离子处理系统的等离子室，所述等离子室限定等离子通道，所述等离子通道具有沿所述等离子通道的长度相反设置的第一侧和第二侧，所述等离子室包括：第一区段，所述第一区段由介电材料构成，所述第一区段具有(i)第一凸缘，所述第一凸缘沿所述等离子通道的第一侧定位且以第一宽度延伸超过所述第一侧，以及(ii)第二凸缘，所述第二凸缘沿所述等离子通道的第二侧定位且以第二宽度延伸超过所述第二侧；第二区段，所述第二区段由所述介电材料构成，所述第二区段具有(i)第三凸缘，所述第三凸缘沿所述等离子通道的第一侧定位且以所述第一宽度延伸超过所述第一侧，以及(ii)第四凸缘，所述第四凸缘沿所述等离子通道的第二侧定位且以所述第二宽度延伸超过所述第二侧；以及接口，所述接口将所述第一区段和所述第二区段在所述第一凸缘与所述第三凸缘之间和在所述第二凸缘与所述第四凸缘之间处结合在一起。2.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述介电材料是氧化铝(Al2O3)陶瓷。3.根据权利要求2所述的等离子室，其特征在于，所述介电材料是II族元素、III族元素、镧系元素或其混合物中的一种的氧化物或氮化物。4.根据权利要求3所述的等离子室，其特征在于，所述介电材料是Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3或MgO中的一种。5.根据权利要求3所述的等离子室，其特征在于，所述介电材料是AlN、BN或YN中的一种。6.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述等离子室还包括在所述等离子室的内表面上的涂层，所述内表面形成暴露于其中的等离子的所述等离子通道的至少一部分。7.根据权利要求6所述的等离子室，其特征在于，所述涂层包括Al2O3、Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3、MgO、SiO2、B4C或包括YAG的合金中的一种。8.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，结合接口包括结合剂，所述结合剂为玻璃料、低共熔混合物或环氧树脂中的一种。9.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述第一区段和所述第二区段基本相同。10.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述第一区段或所述第二区段的壁的厚度在约0.04英寸与约0.12英寸之间。11. 根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述等离子室还包括：第一结合凸缘，所述第一结合凸缘通过所述第一凸缘和所述第三凸缘的结合来形成，其中所述第一结合凸缘具有所述第一宽度；以及第二结合凸缘，所述第二结合凸缘通过所述第二凸缘和所述第四凸缘的结合来形成，其中所述第二结合凸缘具有所述第二宽度。12.根据权利要求11所述的等离子室，其特征在于，所述第一结合凸缘的第一宽度或所述第二结合凸缘的第二宽度在约0.06英寸与约1英寸之间。13.根据权利要求12所述的等离子室，其特征在于，所述第一宽度或所述第二宽度约0.25英寸。14.根据权利要求1所述的等离子室，其特征在于，所述等离子通道形成环形环。
15.根据权利要求14...
【专利技术属性】
技术研发人员：X，
申请(专利权)人：MKS仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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