可更换的等离子处理设备的上部室部分制造技术

可处理半导体基片的等离子反应室的可更换上部室部分包括整体式的金属圆筒，具有圆锥形内表面，其上端最宽，上部凸缘向外水平延伸远离该圆锥形内表面，下部凸缘水平延伸远离该圆锥形内表面。该圆筒包括适于密封该等离子室的电介质窗的上部环形真空密封表面和适于密封该等离子室的下部部分的下部环形真空密封表面。在该圆筒上部部分的热质量由该圆锥形内表面和从该上部凸缘垂直延伸的外表面之间的圆筒部分限定，该热质量有效提供该圆锥形内表面的角向温度一致性。热力壅塞位于该圆筒的下部部分并有效最小化纵贯该下部真空密封表面的热传递。该热力壅塞由厚度小于０．２５英寸并且延伸该圆锥形内表面至少２５％长度的薄金属区域形成。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及半导体制造技术，特别涉及等离子室的更换上部室部分。
技术介绍
在基片(例如，半导体基片或如用于平面显示器制造中的玻璃面板)的处理中，往 往采用等离子。例如作为基片处理的一部分，将基片分为多个模片或者矩形区域，其每个将 成为集成电路。然后在一系列步骤中处理该基片，其中有选择地去除(蚀刻)以及沉积(沉 积)材料以便在其上形成电器部件。在示范性的等离子工艺中，基片在蚀刻之前涂覆硬化乳剂薄膜(即，如光刻胶掩 模)。然后有选择地去除硬化乳剂的区域，使得下面的层的部件暴露出来。然后，将基片设 在等离子处理室中、包括单极或双极电极的基片支撑结构上，称为卡盘或基座。然后将适当 的蚀刻剂源通入室并激发形成等离子以蚀刻该基片的暴露区域。现在参照图1，示出电感耦合等离子处理系统部件的简图。通常，等离子室 (室)202由是形成室侧壁的底部室部分250、也形成室侧壁的上部室部分244和盖子252组 成。将一组适当的气体从气体分配系统222通入室202。这些等离子处理气体随后被激励 形成等离子220，以便处理(例如，蚀刻或沉积)利用边缘环215设在静电卡盘(卡盘)216 上的基片224(如半导体基片或玻璃面板)的暴露区域。气体分配系统222通常由多个包 含等离子处理气体(例如 C4F8、C4F6, CHF3> CH2F3> CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, 02、Ar、Xe、He、H2, 朋3、5 6、8(13、(12等)的压缩气筒(未示)组成。感应线圈231通过形成室上壁的电介质窗204与等离子隔开，并且在等离子处理 气体中引起随时间变化的电流以产生等离子220。该窗既保护感应线圈免受等离子220损 害，还允许所产生的RF场208在等离子处理室内产生感应电流211。还耦接于感应线圈231 的是匹配网络232，其可进一步耦接到RF发生器234。匹配网络232试图将RF发生器234 的阻抗(其通常运行在大约13. 56MHz和大约50欧姆)与等离子220的阻抗匹配。另外， 第二 RF能量源238还可通过匹配网络236耦接于基片224以便利用等离子产生偏压，引导 等离子远离等离子处理系统的结构并朝向该基片。通过泵220从该室去除气体和副产物。通常，某些类型的冷却系统240耦接于卡盘216以便在引发等离子时实现热平衡。 冷却系统本身通常由将冷却液抽送通过卡盘内空腔的冷却器和抽送到卡盘和基片之间的 氦气组成。除了去除所产生的热量，氦气还允许冷却系统快速控制热耗散。也就是，增加氦 压力随后也增加热传递速率。大多数等离子处理系统还通过包含操作软件程序的精密计算 来控制。在通常的运行环境中，制造工艺参数(例如，电压、气流混合物、气体流率、压力等) 通常为特定的等离子处理系统和具体制法配置。另外，加热和冷却设备246可运行以控制等离子处理设备202的上部室部分244 的温度，从而上部室部分244的内表面(其在运行期间暴露于等离子)保持在受控的温度。 加热和冷却设备M6由多个不同的材料层形成以提供加热和冷却两种操作。上部室部分本身通常由耐等离子材料构造，其或者接地或者可透过等离子处理系统内所生成的RF场(例如，涂覆或未涂覆的铝、陶瓷等)。例如，上部室部分可以是机械加工的铝块，其可去除用以对其清洁或更换。上部室 部分的内表面优选地涂覆耐等离子材料，如热喷涂氧化钇涂层。因为这种类型的陶瓷涂层 容易受到损伤以及某些等离子工艺的感光处理而使得清洁会出现问题，所以有时宁可更换 上部室部分而不是去除清洁。另外，上部室部分在维护之后正确的重新安装往往也是困难的，因为其必须与底 部室部分恰当的对齐而使得一组垫圈恰当地围绕上部室部分密封。稍微不对齐就会妨碍正 确的安装布置。上部室部分中材料的体积也往往对等离子处理系统增加可观的热质量。热质量 指的是材料所具有的存储热能持续较长时间的容量。通常，等离子工艺往往对于温度的变 化非常敏感。例如，在所建立的工艺窗外部的温度变化会直接影响基片表面上的聚合物膜 (如多碳氟化合物)的蚀刻率或沉积速率。往往希望在基片之间的温度可重复性，因为许多 等离子处理制法还会要求温度变化在数十摄氏度的数量级。因此，上部室部分经常受热或 冷却以大体将等离子维持在所建立的参数范围内。当引发等离子，基片吸收热能，随后测量该热能然后通过冷却系统去除。类似地， 上部室部分可热控制。然而，等离子处理可能在多步骤处理中需要温度变化，以及可能需要 将上部室部分加热到100°c以上的温度(例如120、130、140、150或160°C或其间的任何温 度)，然而现有的上部室部分运行在低得多的、大约60°C量级的温度。更高的温度会导致不 期望的邻近部件(如底部室部分)的温度增加。例如，如果希望上部室部分和上面的电介质 窗运行在大约130至150°C的温度，而底部室部分在大约30°C的室温，热量会从热得多的上 部室部分流进底部室部分，并将其温度充分升高以影响半导体基片的等离子处理条件。因 此，源于上部室部分的热量流变化会导致基片外部变化超出窄的制法参数。鉴于上述问题，需要具有提高的热特性的可更换上部室部分用以优化等离子处理 系统中的等离子处理。
技术实现思路
在一个优选实施例中，可处理半导体基片的等离子反应室的可更换上部室部分包 括整体式的金属圆筒，具有圆锥形内表面，其上端最宽，上部凸缘向外水平延伸远离该圆 锥形内表面，下部凸缘水平延伸远离该圆锥形内表面；上部环形真空密封表面，适于密封该 等离子室的电介质窗；下部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的下部部分；在该圆 筒上部部分的热质量，该热质量由该圆锥形内表面和从该上部凸缘垂直延伸的外表面之间 的圆筒部分限定，该热质量有效提供该圆锥形内表面的角向温度一致性，以及在该圆筒下 部部分的热力壅塞，其有效最小化纵贯该下部真空密封表面的热传递，该热力壅塞由厚度 小于0. 25英寸并且延伸该圆锥形内表面至少25%长度的薄金属区域形成。附图说明图1示出等离子处理系统的简图；图2示出现有上部室部分的剖面。图3示出按照一个实施例、上部室部分的剖面。图4示出图2所示的上部室部分的俯视图。图5示出图2所示的上部室部分的侧视图。图6示出图3所示的上部室部分的俯视图。图7示出图3所示的上部室部分的侧视图。图8示出上部室部分的立体剖视图。图9是图8所示的上部室部分的剖面。图10是图8所示的上部室部分的仰视图。图11是图8所示的上部室部分的侧视图。图12是图11所示上部室部分的侧面剖视图。具体实施方式现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描述本专利技术。在下面的描述 中，阐述许多具体细节以提供对本专利技术的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发 明可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或 结构没有说明，以避免不必要的混淆本专利技术。这里所使用的术语“大约”应当解释为包括指 定值上下10%范围的值。相比图2、4和5中所示的先前设计的上部室部分，图3、6和7中示出的重新设计 的上部室部分具有提高的角向温度一致性、提高的至所覆盖的电介质窗的热传递以及减少 的至下面的底部室部分的热传递。图2、4和5中示出的现有上部室部分设计为低质量并且 由于其减少的重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可处理半导体基片的等离子反应室的可更换上部室部分，其特征在于，该部分包括：　　整体式的金属圆筒，具有圆锥形内表面，其上端最宽，上部凸缘向外水平延伸远离该圆锥形内表面，下部凸缘水平延伸远离该圆锥形内表面；　　上部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的电介质窗；　　下部环形真空密封表面，适于密封该等离子室的下部部分；　　在该圆筒上部部分的热质量，该热质量由该圆锥形内表面和从该上部凸缘垂直延伸的外表面之间的圆筒部分限定，该热质量有效提供该圆锥形内表面的角向温度一致性；　　在该圆筒下部部分的热力壅塞，其有效最小化纵贯该下部真空密封表面的热传递，该热力壅塞由厚度小于０．２５英寸并且延伸该圆锥形内表面至少２５％长度的薄金属区域形成。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦纳德J夏普莱斯，哈米特辛格，迈克S康恩，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]