專利名稱：超高速均勻等離子處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種用等離子處理基片的處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
在不同的工業(yè)應(yīng)用中，等離子處理系統(tǒng)常用于調(diào)整基片的表面性能。舉例而言，在半導(dǎo)體應(yīng)用、太陽能電池板、氫燃料電池元件、汽車元件以及平面顯示器的矩形玻璃基片等應(yīng)用中，等離子處理系統(tǒng)是用于等離子處理集成電路表面、電子儀器組件以及印刷電路板的常規(guī)手段。等離子處理系統(tǒng)還用于醫(yī)療應(yīng)用中，可改變植入人體內(nèi)部的諸如支架和植入物此類醫(yī)療器械的表面性能。對于基于現(xiàn)有平行板型電極的等離子處理系統(tǒng)而言，當(dāng)其對位于處理電極間處理區(qū)內(nèi)的相對較大基片進(jìn)行處理時(shí)，可能會出現(xiàn)處理不均勻的情況。
當(dāng)射頻電源供應(yīng)到電極時(shí)，等位場線沿基片表面發(fā)生感應(yīng)。在等離子處理過程中，從處理區(qū)內(nèi)等離子中產(chǎn)生的正離子沿等位場線加速運(yùn)動，并與基片表面相碰撞。等離子一般分布在整個(gè)處理室的真空空間中，所述處理室環(huán)繞電極，且在電極間具有最高的可觀測等離子密度。電極間處理區(qū)內(nèi)等離子密度的均勻性會受到諸如接地室側(cè)壁這樣的外部場效應(yīng)因素的影響，從而使電極間的等電位電場線發(fā)生變化，進(jìn)而改變等離子分量充電組元的分布狀態(tài)。在處理區(qū)的外周邊，這種不均勻性尤為明顯。
減小外部電磁場作用因素的常規(guī)方法之一是加大處理室容積，從而使接地室側(cè)壁更加遠(yuǎn)離電極。除了其它不利因素之外，尤其加大了處理室容積和處理系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域。由于處理室容積的增大，從而導(dǎo)致為放入未處理基片而抽空處理室的時(shí)間和為取出處理完畢的基片而使處理室氣壓增至大氣壓的時(shí)間均延長。尤其的，在用于進(jìn)行連續(xù)等離子處理大量基片的串行等離子處理系統(tǒng)中，由于在每個(gè)處理周期后更換基片時(shí)，都需要定期抽空和向處理室充氣，如果出現(xiàn)上述情況，就會顯著降低系統(tǒng)的處理量，從而產(chǎn)生極為不利的影響。
現(xiàn)有等離子處理系統(tǒng)的另一不足之處在于，等離子是在處理室內(nèi)的真空區(qū)內(nèi)偶然生成的，所述處理室位于電極間的處理區(qū)邊部。由于等離子在上述區(qū)域生成，從而致使等離子處理難于控制，并且可能會損傷位于上述區(qū)域中的元件。這種不定型等離子還可能改變等離子處理室中由等離子吸收的能量的位置，從而不易控制向電極發(fā)送的能量，以獲得連續(xù)和可重復(fù)的處理過程。
用于限定等離子的現(xiàn)有方法大致包括利用排斥場，其本質(zhì)上為電場或磁場。一種特定的現(xiàn)有方法是在平行板型電極外周環(huán)繞限制環(huán)。所述限制環(huán)從某一絕緣體處形成，并充電至與等離子相當(dāng)?shù)碾娢?，從而生成排斥電場，用于橫向限制等離子。但是，電極和所述限制環(huán)仍然位于相當(dāng)大的真空室內(nèi)，并被其包圍，從而仍需要進(jìn)行抽空，并且等離子仍可能發(fā)生泄漏。所述限制環(huán)與氣隙一同安置，從而可對電極之間的處理區(qū)進(jìn)行充分抽空。
因此，據(jù)此所述，本文意于提出一種等離子處理系統(tǒng)，其可克服現(xiàn)有等離子處理系統(tǒng)的上述及其它不足。
發(fā)明概要在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于等離子處理基片的設(shè)備包括第一、第二電極和分隔環(huán)，所述第一、第二電極分隔放置，所述分隔環(huán)可對所述第一、第二電極的相對面進(jìn)行真空密封，從而在第一和第二電極之間限定可抽空的真空處理區(qū)。所述第一和第二電極均用于支撐處理區(qū)內(nèi)用于等離子處理的基片。所述分隔環(huán)將所述第一電極和第二電極相絕緣。所述設(shè)備還包括處理氣口和真空口，當(dāng)所述第一和/或第二電極通電后，所述處理氣口將處理氣體引入處理區(qū)內(nèi)，所述真空口將處理區(qū)抽空至一定氣壓，以適于從處理區(qū)內(nèi)的處理氣體中生成等離子。
通過附圖及


，可對本發(fā)明上述及其它優(yōu)點(diǎn)更為了解。
附圖簡要說明所述附圖加入本說明書中并構(gòu)成說明書內(nèi)容的一部分，其闡述了本發(fā)明的各實(shí)施例，同時(shí)對前文所述發(fā)明進(jìn)行大致描述，并在對后文對其進(jìn)行詳細(xì)說明，以解釋本發(fā)明的原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而提出的等離子處理系統(tǒng)的立體圖；圖2是圖1中等離子處理系統(tǒng)的側(cè)面圖；圖3A是圖1和圖2中等離子處理系統(tǒng)的正截面視圖；圖3B是與圖3A相類似的正截面視圖，用于說明與封閉底座相配合的封閉蓋件；圖4是圖1中等離子處理系統(tǒng)的側(cè)截面視圖；圖5是圖1中等離子處理系統(tǒng)的所述封閉底座的分解視圖；圖6是圖1中等離子處理系統(tǒng)的所述蓋件的分解視圖；圖7是圖3A中沿7-7線而形成的俯視圖；圖7A和圖7B與圖7相類似，用于說明本發(fā)明的可選實(shí)施例；和圖8和圖9與圖3A和圖4相類似，是本發(fā)明可選實(shí)施例中等離子處理系統(tǒng)的正視圖和側(cè)視圖。
發(fā)明詳述參看圖1和2，等離子處理系統(tǒng)10大致包括具有蓋件14的外殼12和蓋件14置于其上的底座16、從蓋件14處懸出的一對支撐臂18、20以及上電極22和下電極24。所述處理系統(tǒng)10進(jìn)一步包括分隔部件或環(huán)件26，其位于上電極22和下電極24之間，并與上電極22和下電極24周邊附近的相對面相接觸。所述電極22和24的相對面是大致平面的平行板，且具有近似相同的表面積。遮板25從底座16處朝表面支撐系統(tǒng)10向下延伸。
起重裝置28與所述支撐臂18、20機(jī)械配合，起到氣壓缸的作用，可將蓋件14相對于所述底座16在升高位置(圖3A)和降低位置(圖3B)之間抬高和降低。當(dāng)處于升高位置時(shí)，可向如下所限定的處理區(qū)40(圖3B)中放入未處理的基片55，或是從中取出處理完畢的基片55。當(dāng)處于降低位置時(shí)(圖3B)，在處理區(qū)40中可形成適當(dāng)環(huán)境，以對處理區(qū)40內(nèi)的基片55進(jìn)行等離子處理。本發(fā)明認(rèn)為所述處理區(qū)40可通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能理解的可選方法而得到，諸如可通過鉸接方式而使蓋件14相對于底座16發(fā)生樞軸轉(zhuǎn)動。
在串行應(yīng)用中，所述處理系統(tǒng)10可配置用于供應(yīng)未處理基片55的輸入承載器、用于接收處理完畢基片55的輸出承載器，以及將基片55從所述輸入承載器轉(zhuǎn)移至處理室和從處理室轉(zhuǎn)移至所述輸出承載器的機(jī)械手或類似裝置。另外，在處理多個(gè)非連續(xù)基片55時(shí)，可使其中的每個(gè)基片55獨(dú)立進(jìn)入所述處理系統(tǒng)10中，或者使其中的一個(gè)或多個(gè)基片55連帶進(jìn)入所述處理系統(tǒng)10中。非連續(xù)基片55還可位于支撐物或承載器之上，并從該處運(yùn)送入所述處理系統(tǒng)中。所述處理系統(tǒng)10可在多個(gè)處理站之間配置單獨(dú)處理站，從而以流水線方式在多個(gè)處理站之間協(xié)同處理多個(gè)基片55。
電源30通過屏蔽式同軸電纜或傳輸線路32、34分別連接至電極22、24，用以控制所述電極22、24工作時(shí)的電能級別和頻率。所述電源30可為交流電源，并可以在諸如50Hz或60Hz這樣的極低頻率下工作，也可以在諸如40kHz和13.56kHz這樣的高頻下工作，還可以在諸如1kHz這樣的中等射頻下工作，或者是在諸如2.4GHz這樣的微波頻率下工作。所述電源30還可在彼此重疊的雙頻下工作。可選的，所述電源30可為直流(DC)電源，其中的等離子處于非振蕩態(tài)。在另一可選實(shí)施例中，電源30可配備射頻(RF)電源元件，以生成高密度等離子，也可配備直流電源元件，以便在不影響等離子密度的情況下單獨(dú)增加離子能量。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述電源30可在一種或更多射電頻率下工作，并可包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(未標(biāo)出)，以測量來自電極22、24等負(fù)載處的反饋功率，以及從所述電極22、24之間返回電源30的等離子。所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可調(diào)節(jié)電源30的工作頻率，以減少反饋功率。此類匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)已為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知。舉例而言，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可通過改變匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可調(diào)電容器的電容量而對匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電源30的阻抗可與負(fù)載的變化相匹配。勿庸置疑，電源、電壓以及工作頻率的級別會根據(jù)特定的應(yīng)用場合而發(fā)生變化。
當(dāng)所述等離子處理系統(tǒng)10運(yùn)行時(shí)，真空泵36通過真空集流管38，連續(xù)地將由等離子處理產(chǎn)生的副產(chǎn)品和非反應(yīng)處理氣體從處理區(qū)40中排出。所述真空泵36用于使處理區(qū)40內(nèi)的總氣壓維持在某一足夠低的負(fù)壓狀態(tài)，以利于等離子的生成。一般適于形成等離子的典型氣壓約在20毫托至50托以上。處理區(qū)40內(nèi)的氣壓可根據(jù)某一特定所需的等離子處理而進(jìn)行控制，其基本上由供應(yīng)至真空處理區(qū)40處的處理氣體的分壓而構(gòu)成，從而可能包括一種或多種單獨(dú)的氣體種類。
所述等離子處理系統(tǒng)10包括基于微處理器的控制器，用于編程控制尤其是電源30、真空泵36和處理氣體源114這些部件。舉例而言，所述控制器可調(diào)節(jié)電源30的電源能級、電壓、電流和頻率，并協(xié)調(diào)從處理氣體源114中流出的處理氣體的供應(yīng)情況，以及對真空泵36的抽氣速率進(jìn)行協(xié)調(diào)，以便根據(jù)特定的等離子處理和應(yīng)用而在處理區(qū)40中形成適當(dāng)?shù)臍鈮骸?br> 如下所述，在基片55的處理過程中，當(dāng)蓋件14和底座16相接觸，且具有適于等離子處理的環(huán)境時(shí)，電源30向電極22、24之間通電，從而在兩電極22、24之間的處理區(qū)40(圖3B和圖4)中生成電磁場。所述電磁場激發(fā)處理區(qū)內(nèi)的處理氣體，使其處于等離子狀態(tài)，在等離子處理過程中，電源30供電并維持上述過程的進(jìn)行。
等離子組元與所述基片55上的暴露材料發(fā)生反應(yīng)，以對其表面進(jìn)行理想化調(diào)整。通過選擇所述等離子的某些參數(shù)，諸如處理氣體的化學(xué)性質(zhì)、處理區(qū)40內(nèi)的氣壓、以及施加于電極22、24上的電能和/或頻率高低，便可以對等離子進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其可對基片55的表面進(jìn)行理想化調(diào)整。所述處理系統(tǒng)10可包括終端識別系統(tǒng)(未標(biāo)出)，從而當(dāng)?shù)入x子處理(即蝕刻處理)已達(dá)到預(yù)定終端，或者可選擇的，等離子處理到達(dá)按照經(jīng)驗(yàn)而選定的工藝時(shí)間時(shí)，所述終端識別系統(tǒng)可自動進(jìn)行識別。
參看圖3A和3B，上電極22通過多個(gè)絕緣定位件從上殼體處懸下，其中定位件42和44在圖3A中可見，定位件46在圖4中可見。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上電極22為矩形，與定位件42、44和46相類似的絕緣定位件位于上電極22的各拐角和蓋件14的各拐角之間。止推環(huán)48通過常規(guī)夾持器而固定至蓋件14的四周，其用于將分隔環(huán)26固定至蓋件14上。從而，當(dāng)起重裝置28拉動蓋件14，使之在上升位置和下降位置之間相對于底座16運(yùn)動時(shí)，上電極22和止推環(huán)48便可隨蓋件14一同運(yùn)動。
當(dāng)將止推環(huán)48固定于蓋件14上時(shí)，所述止推環(huán)48向密封部件50施加垂直作用力，使其在分隔環(huán)26和上電極22之間受到擠壓作用。如圖3B所示，當(dāng)蓋件14下降至與底座16相接觸的位置時(shí)，密封部件52在分隔環(huán)26和下電極24的外周之間受到擠壓作用。圖例中所述密封部件50、52為常用彈性O(shè)型環(huán)，但本發(fā)明對此并無限制。
基片支座54安裝于下電極24上，其結(jié)構(gòu)可從支撐一個(gè)或多個(gè)基片55，或者支撐一個(gè)或多個(gè)承載器，所述承載器可承載一個(gè)或多個(gè)基片55，同時(shí)基片支座54位于處理區(qū)40內(nèi)，適于進(jìn)行等離子處理。所述基片支座54與下電極24之間具有良好的電接觸，從而基片支座54和基片55與下電極24具有相同的電位。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述基片支座54具有浮動電位，并與下電極24絕緣，但本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明還認(rèn)為基片55可由上電極22或分隔環(huán)26進(jìn)行承載。當(dāng)蓋件14和底座16相接觸時(shí)，便形成處理區(qū)40，電極22、24之間的內(nèi)向水平表面對所述處理區(qū)進(jìn)行水平方向的限定，分隔環(huán)26側(cè)壁的內(nèi)向垂直表面對所述處理區(qū)進(jìn)行垂直方向的限定。
所述底座16包括開口61，底座薄壁金屬閉合件62位于該開口上方，并形成所述外殼12的一部分。未抽空的大氣壓腔或氣隙58分別位于下電極24、底座16的組件以及閉合件62之間。另一未抽空的大氣壓腔或氣隙56限定在蓋件14、可從蓋件14上移除的蓋件表層60以及上電極22之間。一般而言，所述氣隙56、58的大小可使從電極22、24向蓋件14、底座16和閉合件62發(fā)生的能量損失降至最少，并且環(huán)繞電極22、24和分隔環(huán)26周邊的氣隙56、58部分連接成為單獨(dú)連續(xù)充氣空間，詳見圖3B所示。
當(dāng)蓋件14位于其降低位置時(shí)，可在蓋件14和底座16周邊之間看到導(dǎo)電部件64，其為金屬制成，可使蓋件14和底座16之間發(fā)生良好的電接觸。所述蓋件14、底座16、蓋件表層60和閉合件62一同構(gòu)成閉合導(dǎo)電殼體，該殼體用于對向位于外殼12內(nèi)的電極22、24供應(yīng)的電能進(jìn)行限制。
傳輸線34穿過開口61，并以已知方式導(dǎo)電連接至下電極24處。傳輸線32進(jìn)入蓋件14中，并位于可動蓋件表層60和上電極22之間，同時(shí)以已知方式導(dǎo)電連接至上電極22處。當(dāng)兩個(gè)電極22、24均連接至電源30，且所述電源30為交流電源時(shí)，電極22、24中的其中之一可相對于另一電極的相位偏離180度，從而使兩個(gè)電極22、24均通電?？蛇x擇的，電極22、24中的其中一個(gè)電極可接地，另一電極可通電。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，某種適宜的冷卻液在氣隙56、58中循環(huán)運(yùn)動，從而對處理系統(tǒng)10，尤其是對電極22、24進(jìn)行冷卻。為達(dá)到這種效果，可在蓋件14內(nèi)安裝安裝件57(圖2)，從而形成一冷卻部件，可向氣隙56提供冷卻源59(圖2)。諸如空氣這樣的強(qiáng)制冷卻流可通過安裝件57從所述冷卻源59引至氣隙56處，從而通過氣隙56、58，可圍繞電極22、24而形成連續(xù)的冷卻流。氣隙58用于向處理系統(tǒng)10內(nèi)的冷卻流提供排氣通路，使之排至外界。
電極22、24和分隔環(huán)26所限定的空間構(gòu)成所述處理區(qū)40，并代表處理系統(tǒng)10中由真空泵36抽空后的除真空集流管38以外僅有的一個(gè)空間，因而所述空間代表所述等離子處理系統(tǒng)10的真空密封外殼。這就與現(xiàn)有等離子處理系統(tǒng)形成了鮮明對比，在現(xiàn)有等離子處理系統(tǒng)中，電極位于容量極大的真空室內(nèi)部，該真空室環(huán)繞電極設(shè)置，且處理氣體通電后在該真空室內(nèi)受到激發(fā)，產(chǎn)生無約束等離子，但卻無法供位于電極22、24之間的工件55使用。從而，系統(tǒng)10的有效真空容量比現(xiàn)有處理室的真空容量要小。這樣設(shè)置后有諸多益處，包括提高等離子密度，減少將處理室抽空至某一適于激發(fā)等離子的氣壓的時(shí)間，極大的減少將處理室充氣至大氣壓的時(shí)間，但并不僅限于此。與現(xiàn)有等離子處理系統(tǒng)相比，上述益處可以提高系統(tǒng)處理量，降低運(yùn)行成本，并縮短完成目標(biāo)等離子處理的所需時(shí)間。
所述電極22、24由諸如鋁這類的導(dǎo)電材料制成。所述分隔環(huán)26由不導(dǎo)電材料制成，從而可以經(jīng)受處理區(qū)40內(nèi)的等離子環(huán)境，并且不會沾染已處理完畢的基片55。總體而言，構(gòu)成分隔環(huán)26的材料應(yīng)能充分抵御處理區(qū)40內(nèi)等離子的侵蝕。所述分隔環(huán)26限定了一個(gè)由非導(dǎo)電材料形成的垂直側(cè)壁，并且對電極22、24之間進(jìn)行真空密封。
由于沒有設(shè)置通常的真空室，從而便消除了、或者至少是極大的降低了外磁場的影響。更具體而言，本等離子處理系統(tǒng)10中的電極22、24并不像現(xiàn)有真空室那樣周圍環(huán)繞有接地金屬側(cè)壁。而是采用了非導(dǎo)電分隔環(huán)26，其可以有效的起到所述處理區(qū)40的垂直側(cè)壁的作用。從而，這便降低或是消除了外磁場的影響，同時(shí)等位電場線均勻穿過基片55的整個(gè)表面，且不會在電極邊部形成邊緣現(xiàn)象，這就可以使等離子處理過程均勻的穿過基片55。
在某一實(shí)施例中，分隔環(huán)26由綠玻璃(即鈣鎂硅酸鐵或鈉鋁硅酸鐵)制成，但也可使用其它陶瓷材料，如鋁土，浮法玻璃，硅或石英。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，構(gòu)成分隔環(huán)26的絕緣材料可為下列聚合碳氟化合物中的任一種，包括聚四氟乙烯(PTFE)，這是由杜邦以TEFLON商標(biāo)銷售的四氟乙烯聚合物；全氟乙丙稀(FEP)，這是由杜邦以TEFLON FEP商標(biāo)銷售的四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物；全氟烷氧基碳氟化合物樹脂(PFA)，這是由杜邦以TEFLON PFA商標(biāo)銷售的四氟乙烯醚的聚合物；或者是次乙基四氟乙烯(ETFE)，這是由杜邦以TEFZEL商標(biāo)銷售的次乙基和四氟乙烯的聚合物。由于等離子蝕刻對陶瓷材料具有化學(xué)侵蝕作用，由此類材料制成的分隔環(huán)26可在等離子蝕刻方面得到應(yīng)用。由于分隔環(huán)26是構(gòu)成處理區(qū)40真空外殼的一部分，其應(yīng)有足夠強(qiáng)度以承受外力作用，所述外力是由真空處理區(qū)40和氣隙56、58內(nèi)大氣壓之間的氣壓差而造成的。
參看圖3A和圖5，所述下電極24包括兩個(gè)橫向分布的真空部分66、68，其分別與兩個(gè)凸出部分70、72相重合，所述凸出部分70、72位于真空集流管38的相對懸臂74、76的端部。所述凸出部分70、72分別通過螺栓(未標(biāo)出)固定至下電極24處，以分別對密封件78、80進(jìn)行擠壓，從而形成真空密封。所述懸臂74、76收斂于通向真空泵36的垂直錐形部件82處。插入件88部分進(jìn)入所述凸出部分70的開口內(nèi)，同時(shí)部分進(jìn)入環(huán)繞部件70的安裝板84內(nèi)。類似的，插入件90部分進(jìn)入所述凸出部分72的開口內(nèi)，同時(shí)部分進(jìn)入環(huán)繞部件72的安裝板86內(nèi)。定心環(huán)92、94也位于相應(yīng)所述凸出部分70、72內(nèi)。復(fù)式安裝定位件96、98安裝在底座16和下電極24之間，所述兩個(gè)復(fù)式安裝定位件均具有中央開口，其與所述真空部分66、68相重合。
所述兩個(gè)相同的復(fù)式安裝定位件96、98均由諸如熱塑性彈性材料(TPE)這樣的絕緣材料制成，用于將下電極24同外殼12的底座16相隔離。所述相同的插入件88、90均由諸如陶瓷此類具有相對較高介電常數(shù)的絕緣材料制成，其用于將下電極24同外殼12的底座16和真空集流管38的凸出部分相隔離。
所述插入件88、90，至少是定心環(huán)92、94，對位于下電極24和真空集流管38之間的結(jié)合處的其余空間進(jìn)行填充。由于下電極24和外殼12的底座16之間需要絕緣，從而下電極24和真空集流管38分開放置。由于配置有所述插入件88、90和定心環(huán)92、94，從而可以防止等離子在真空集流管38和下電極24之間的其余未填充空間受到激發(fā)。所述插入件99、90可有效的起到帶電例子過濾器的作用，從而限制等離子進(jìn)入處理區(qū)70中。
參看圖3A、圖5和圖7，下電極24內(nèi)的真空集流管66、68均分別包括一列通路100，上述通路分別與形成在相應(yīng)插入件88、90內(nèi)的一列通路102和形成在對應(yīng)定心環(huán)92、94內(nèi)的一列通路104相對齊。通過所述的對齊通路100、102和104，真空泵36將等離子處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物和非反應(yīng)氣體從處理區(qū)40排至真空集流管38內(nèi)。所述通路100、102和104的排列和尺寸均進(jìn)行了篩選，以使抽氣率達(dá)到最大，同時(shí)防止等離子由于空心陰極效應(yīng)而受到激發(fā)。從而，等離子被限制在處理區(qū)40內(nèi)，這就可使輸入激勵(lì)電源得到充分利用。
參看圖7A和7B，所述通路100、102和104并不限于圖7所示實(shí)施例的樣式和結(jié)構(gòu)，而是認(rèn)為可以包括其它任何樣式和結(jié)構(gòu)，只要可以在不激發(fā)等離子的情況下提供適宜的抽氣率。一般而言，所述通路100、102和104分隔安置，且其安置方向垂直于廢氣氣流的排出方向。參看圖7A，在一特定可選實(shí)施例中，位于代表性插入件88a內(nèi)的所述通路102和位于下電極24a的代表性真空端口66a內(nèi)的通路100a共同形成了一套平行槽。定心環(huán)中的通路(未標(biāo)出)與所述通路100a和102a相對齊。參看圖7B，在本發(fā)明的某一特定可選實(shí)施例中，代表性插入件88b內(nèi)的通路102b和位于下電極24b的代表性真空端口66b內(nèi)的通路100b共同形成了一套同心曲槽。定心環(huán)(未標(biāo)出)內(nèi)的通路與所述通路100b和102b相對齊。
參看圖4和圖6，進(jìn)氣板106固定于上電極22的上水平表面。氣108延伸穿過所述進(jìn)氣板106，并通過導(dǎo)管110與安裝件112相連接所述安裝件112進(jìn)一步通過導(dǎo)出管113與處理氣體源114相連接(圖2)。所述導(dǎo)出管113和處理氣體源114可包括質(zhì)量流控制器和流體測量裝置(未標(biāo)出)，其相互配合工作，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入處理區(qū)40內(nèi)的所有獨(dú)立處理氣體的流速。所述進(jìn)氣板106朝向上電極22方向的水平表面106a包括多個(gè)凹形徑向流路116，所述流路與所述氣口108相交后發(fā)散。在將進(jìn)氣板106固定于上電極22上時(shí)，多個(gè)沖孔或氣孔118延伸穿過上電極22，在布置所述沖孔或氣孔118時(shí)，應(yīng)使每個(gè)氣孔118與進(jìn)氣板內(nèi)的每個(gè)徑向流路116相重合。如彈性金屬O型環(huán)這樣的常用密封部件120可對進(jìn)氣板106和上電極22的鄰近周邊進(jìn)行密封。
供應(yīng)至所述氣口108的處理氣體通過徑向流路116分散流至所述氣孔118處。處理氣體穿過氣孔118后進(jìn)入處理區(qū)40中，并穿過位于基片支座54上的基片55，所述氣孔118位于下電極24上部，且彼此隔開一定距離。將塞子122塞入一個(gè)或多個(gè)氣孔118中，便可有效的阻塞處理氣體流，從而可為某一特定的處理工藝進(jìn)行氣體配置。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述氣孔118具有螺線，所述塞子122可為具有適當(dāng)尺寸的定位螺絲。通過檢查被處理基片55處理過程的均勻性，便可憑經(jīng)驗(yàn)而決定如何對氣體配置進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)入處理區(qū)40內(nèi)的處理氣體流和真空泵36的抽氣速率相互匹配，以維持處理區(qū)40內(nèi)的總氣壓處于較低值，以便通過處理氣體的分壓而生成等離子。
本發(fā)明氣體配置系統(tǒng)可使工藝均勻穿過基片55，并可允許對配氣模式進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，處理氣體可利用另一不同類型的配氣系統(tǒng)而供應(yīng)至處理區(qū)40，例如配氣環(huán)，噴氣器，單氣口等。
本發(fā)明設(shè)想所述電極22可設(shè)置為在處理區(qū)30內(nèi)產(chǎn)生無離子或下游態(tài)等離子。在共有的目前待審的專利申請10/324,436中公布了電極22的適當(dāng)結(jié)構(gòu)，所述專利申請于3002年12月20日以James Scott Tyler等人的名義提交，其名稱為“等離子處理系統(tǒng)”，該申請?jiān)诖藢⑵渥鳛閰⒖级搿?br> 這里所述諸如“垂直”、“水平”等詞，僅是用舉例來進(jìn)行說明，并非是對發(fā)明進(jìn)行限制。此處“水平”一詞是指與電極22、24的正面相平行的平面，而并不是指方向。此處“垂直”一詞是指與所定義水平相垂直的方向。諸如“上”、“下”、“在上部”、“在下部”、“一側(cè)“(例如側(cè)壁)、“高”、“低”、“高于”、“低于”和“在之下”等詞均是相對于水平面而進(jìn)行限定的。應(yīng)該理解的是，其它參考物應(yīng)在本發(fā)明的精神及范圍之內(nèi)，且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，所限定的參考物只是相對，而非絕對。
參看圖8和圖9，其具有與圖1-7相類似的參考標(biāo)號，并與本發(fā)明的一可選實(shí)施例保持抑制，其中等離子處理系統(tǒng)10a具有第二處理平面，并相對垂直于第一處理平面。這便增加了系統(tǒng)10a對工件進(jìn)行單個(gè)處理的能力，并與系統(tǒng)10(圖1-7)相比較而言，增加了系統(tǒng)的吞吐量。所述第二平面在上電極22和下電極24之間插入了中間電極130，并增加了附加分隔部件或環(huán)件132，所述附加分隔部件與分隔環(huán)26本質(zhì)相同。電極130和分隔環(huán)132由機(jī)架134進(jìn)行支撐，并通過絕緣部件136(圖8)使其與所述機(jī)架134絕緣。
當(dāng)蓋件14移動至升高位置后(圖3A)，與起重設(shè)備28(圖1和圖2)相類似的起重設(shè)備(未標(biāo)出)將所述機(jī)架134相對于底座16垂直抬起或放下。從而當(dāng)蓋件14和機(jī)架134處于降低位置時(shí)(圖8和圖9)，便可形成處理區(qū)域，其由第一部分40a和第二部分40b構(gòu)成，所述第一部分40a由上電極22、分隔環(huán)26和中間電極130包圍形成，所述第二部分40b由下電極24、中間電極130和分隔環(huán)132包圍形成。
在本可選實(shí)施例中，所述機(jī)架134構(gòu)成外殼12的一部分，并通過與氣隙56、58連續(xù)相連的氣隙133而與電極130和分隔環(huán)132相分離。當(dāng)蓋件14位于降低位置時(shí)，與導(dǎo)電部件64類似的導(dǎo)電部件138定位在機(jī)架134和蓋件14的周邊之間。此時(shí)導(dǎo)電部件64定位在機(jī)架134和底座16的周邊之間。蓋件14、底座16、外殼62和機(jī)架134共同限定了一個(gè)導(dǎo)電殼體，其起到屏蔽物的作用，用于限制供應(yīng)至外殼12內(nèi)電極22、24的電源。
所述處理區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)部分40a和40b通過中間電極130周邊上的一列通路135(圖9)而彼此相通。處理區(qū)40b直接通過真空部分66、68進(jìn)行抽空，處理區(qū)40a通過通路135進(jìn)行泵氣。與處理區(qū)40相類似(圖3至圖7)，處理區(qū)40a和40b僅表示系統(tǒng)10中的真空區(qū)域，并具有與如上所述系統(tǒng)10相同的多種優(yōu)勢和效用。本發(fā)明并不限于兩個(gè)處理平面，還可以連續(xù)方式引入附加平面。
由于受到止動環(huán)137所施加的垂直力的作用，與密封部件50相類似或相同的密封部件50a被壓縮在分隔環(huán)132和中間電極130下部130a周邊之間。與密封部件52相類似或相同的密封部件52a在分隔環(huán)26和中間電極130上部130b周邊之間發(fā)生壓縮。密封部件此時(shí)在分隔環(huán)132和下電極24之間發(fā)生壓縮。
所述機(jī)架134安裝在起重設(shè)備上(未標(biāo)出)，可以將包括電極130和分隔環(huán)132在內(nèi)的組件相對于底座14抬起。當(dāng)所述外殼12上的蓋件14相對于電極130抬高后，包括電極130和分隔環(huán)132在內(nèi)的組件可相對于底座16發(fā)生移動，以便于將基片支架138安裝于電極130上。所述基片支架140與基片支架54相同，可支撐一個(gè)或多個(gè)基片55，或支撐一個(gè)或多個(gè)承載有一個(gè)或多個(gè)基片55的運(yùn)載器，所述基片支架位于處理區(qū)40a內(nèi)，并適于等離子處理。相似地，在處理區(qū)40b內(nèi)適于進(jìn)行等離子處理的位置，基片支架54此時(shí)支撐一個(gè)或多個(gè)基片55，或者支撐一個(gè)或多個(gè)分別承載一個(gè)或多個(gè)基片55的承載器。
中間電極130包括下部130a和承載基片支架140的上部130，所述下部130a具有與上電極22相類似的結(jié)構(gòu)，并具有氣體分配系統(tǒng)，可平穩(wěn)、均勻的將處理氣體分配至處理區(qū)40b內(nèi)。所述中間電極130的下部130a包括進(jìn)氣板144，其與進(jìn)氣板106相同或相似，且具有通過導(dǎo)管146而連接至安裝件148上的氣口144，所述氣口又進(jìn)一步連接至處理氣體源114(圖2)上。所述進(jìn)氣板142朝向中間電極130下部的平面包括多個(gè)凹形徑向流路150，其與流路116類似或相同，且在氣口114處相交并從此處發(fā)散。多個(gè)沖孔或氣孔152延伸穿過所述下部130a，所述氣孔152與氣孔118相似或相同，且使每個(gè)氣孔152均每個(gè)與進(jìn)氣板142內(nèi)的徑向流路150相對齊。如彈性O(shè)型環(huán)這樣的常用密封部件154可對所述進(jìn)氣板142和中間電極130的下部130a的外周進(jìn)行密封。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，氣孔118此時(shí)可向處理區(qū)40a內(nèi)的工件55正對面均勻配送處理氣體，相似的，氣孔152可向處理區(qū)40b內(nèi)的工件55正對面均勻配送處理氣體。
傳輸線156以已知方式電連接至中間電極130。通常而言，全部三個(gè)電極22、24和130均連接至電源30，當(dāng)電源30為交流電源時(shí)，中間電極130相對于其它電極22、24的相位偏離180度。
盡管通過對各種不同實(shí)施例的細(xì)節(jié)進(jìn)行的詳細(xì)描述，從而對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但申請人并非意于將所附權(quán)利要求以任何方式限制至上述細(xì)節(jié)的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可很容易看出本發(fā)明的其它益處及改正。因此，廣義而言，本發(fā)明并不限于所述特定細(xì)節(jié)、所選代表性的裝置和方法，以及所描述的說明性實(shí)施例。相應(yīng)的，在不偏離申請人總的發(fā)明構(gòu)思的宗旨下，可與所述發(fā)明有所區(qū)別。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種利用等離子對基片進(jìn)行處理的設(shè)備，包括第一電極；第二電極，其相對于所述第一電極間隔開放置；分隔環(huán)，用于在所述第一電極和第二電極之間形成真空密封，并在所述第一電極和第二電極之間形成可抽空的處理區(qū)，所述第一電極用于承載所述處理區(qū)內(nèi)進(jìn)行等離子處理的基片，所述分隔環(huán)將所述第一電極和第二電極電絕緣；處理氣體口，用于將處理氣體引入所述處理區(qū)內(nèi)；和真空口，用于將所述處理區(qū)抽空至一定壓力，在該壓力下適于從在所述處理區(qū)內(nèi)的處理氣體中生成等離子。
2.如權(quán)利要求1中所述設(shè)備，還包括連接至所述真空口的真空集流管，所述真空集流管與所述第一電極和第一電極電絕緣。
3.如權(quán)利要求2所述設(shè)備，其中所述真空集流管包括鄰近所述真空口的封閉式容器，且還包括由電絕緣材料制成的插入件，其位于所述封閉式容器內(nèi)，所述插入件包括第一多個(gè)通路，所述第一多個(gè)通路將真空集流管與真空口相連接。
4.如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其中所述真空口由第二多個(gè)通路限定，所述第二多個(gè)通路延伸穿過所述第一電極，并與所述第一多個(gè)通路相對齊。
5.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其還包括與所述真空口相連接的真空泵，用于將所述處理區(qū)抽空至一定壓力，以適于從所述處理區(qū)內(nèi)的處理氣體中生成等離子。
6.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，還包括與所述處理氣口相連接的處理氣體源，用于將處理氣體引入所述處理區(qū)內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中所述第二電極包括多個(gè)開口，這些開口的排列方式可以使處理氣體有效地從所述處理氣體口進(jìn)入所述處理區(qū)中。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括基片支架，其位于所述處理區(qū)內(nèi)，具有可承載第一電極上的基片的結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述基片支架通電連接至所述第一電極。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括導(dǎo)電外殼，其環(huán)繞所述分隔環(huán)、所述第一電極和所述第二電極安置，所述第一電極和第二電極通過氣隙而分別與所述導(dǎo)電外殼分隔。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述外殼包括底座和蓋件，所述蓋件可相對于所述蓋件在打開位置和關(guān)閉位置移動，以進(jìn)入所述處理區(qū)，所述蓋件承載所述第一電極，以相對于所述底座而移動。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括位于所述蓋件內(nèi)的冷卻劑口，用于向所述氣隙提供冷卻液流，以冷卻所述第一電極和第二電極。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一電極包括所述真空口，所述第二電極包括所述處理氣口。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第二電極包括多個(gè)與所述處理氣口相連的氣體開口，所述多個(gè)氣體開口位于所述第二電極內(nèi)，用于經(jīng)過基片的相對表面配送處理氣體。
15.一種用于等離子處理多個(gè)基片的設(shè)備，包括第一電極；第二電極，其相對于所述第一電極間隔放置；第三電極，其位于所述第一電極和第二電極之間；第一分隔環(huán)，用于在所述第一電極和第三電極之間形成真空密封，并在所述第一電極和第三電極之間限定第一可抽真空處理區(qū)，所述第一電極用于支撐位于所述第一處理區(qū)內(nèi)的進(jìn)行等離子處理的多個(gè)基片中的一個(gè)，同時(shí)所述第一分隔環(huán)將所述第一電極和第二電極電絕緣；第二分隔環(huán)，用于在所述第二電極和第三電極之間形成真空密封，并在所述第二電極和第三電極之間限定第二可抽真空處理區(qū)，所述第三電極用于支撐位于所述第二處理區(qū)內(nèi)的用于等離子處理的多個(gè)基片中的一個(gè)，同時(shí)所述第二分隔環(huán)將所述第二電極和第三電極電絕緣；至少一個(gè)處理氣口，用于將處理氣體引入至所述第一處理區(qū)和第二處理區(qū)內(nèi)；和真空口，用于將所述處理區(qū)抽空至一定壓力，在該壓力下適于從位于所述第一處理區(qū)和第二處理區(qū)內(nèi)的處理氣體中生成等離子。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述真空口限定于所述第二電極內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述第一電極包括第一處理氣口，用于將處理氣體引入所述第一處理區(qū)內(nèi)，所述第三電極包括第二處理氣口，用于將處理氣體引入所述第二處理區(qū)內(nèi)。
全文摘要
一種用于等離子處理基片的設(shè)備。所述設(shè)備包括相互分隔放置的第一電極和第二電極。分隔環(huán)對所述第一電極和第二電極的相對面進(jìn)行真空密封，以在其間限定可抽空的處理區(qū)。處理氣口與所述真空區(qū)相通，以將處理氣體引入所述處理區(qū)內(nèi)。當(dāng)所述第一電極和第二電極通電后，所述處理區(qū)可通過位于第一電極和第二電極中的某一個(gè)內(nèi)的真空口而進(jìn)行抽空，以在處理區(qū)中形成適當(dāng)氣壓，并從處理氣體中激發(fā)出等離子。
文檔編號H01J37/32GK1728916SQ20051008362
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
發(fā)明者羅伯特·S·康德拉斯霍夫, 詹姆斯·P·法西奧, 詹姆斯·D·格蒂, 詹姆斯·S·泰勒 申請人:諾信公司