等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件及其制造方法，具體而言，半導體等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件包括具有至少一個金屬表面的襯底，其中所述金屬表面的部分被配置以形成電觸頭。冷噴涂阻擋涂層由導熱并導電材料制成，至少存在于所述襯底的被配置形成電觸頭的所述金屬表面上。此外，冷噴涂阻擋涂層也可位于所述部件的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的表面上。
【專利說明】等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體等離子體處理室的部件，并且更具體地涉及用于半導體等離子 體處理室的部件的阻擋涂層。

【背景技術(shù)】
[0002] 在半導體材料加工領(lǐng)域中，包括真空處理室的半導體等離子體處理室用于例如襯 底上各種材料的蝕刻和沉積，諸如等離子體蝕刻或等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)。這 些處理中的一些利用在這種處理室中的腐蝕性和侵蝕性的處理氣體和等離子體。需要盡量 減少室部件的磨損、顆粒和/或在室中處理的襯底的金屬污染。因此，理想的情況是這種裝 置中的暴露于等離子體部件在暴露于這種氣體和等離子體中時能耐腐蝕。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本文公開了一種半導體等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件（cold spray barrier coated component)。半導體等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件包括：具 有至少一個金屬表面的襯底，其中所述金屬表面的部分被配置以形成電觸頭；和由導熱并 導電材料制成的至少在被配置以形成電觸頭的所述金屬表面上的冷噴涂阻擋涂層。進一 步，冷噴涂阻擋涂層可以是在金屬表面的暴露于等離子體和/或處理氣體的部分上。
[0004] 本文還公開了一種用于冷噴涂阻擋層涂布半導體等離子體處理室的部件的形成 電觸頭的至少一個金屬表面的方法。所述用于冷噴涂阻擋層涂布半導體等離子體處理室的 部件的電觸頭的方法包括在襯底的至少一個金屬表面的至少部分上冷噴導電的冷噴涂阻 擋層，其中所述金屬表面的所述部分被配置以形成電觸頭。
[0005] 本文進一步公開了一種半導體等離子體處理裝置。該半導體等離子體處理裝置包 括用于處理半導體襯底的等離子體處理室。該裝置進一步包括用于供應處理氣體進入等離 子體處理室的與等離子體處理室流體連通的處理氣體源，以及用于激勵在等離子體處理室 中的處理氣體到等離子體狀態(tài)的RF能源。所述半導體等離子體處理裝置包括至少一個冷 噴涂阻擋層涂布的部件。
[0006] 本發(fā)明還公開了一種在包括至少一個冷噴涂阻擋層涂布的部件的半導體等離子 體處理裝置中等離子體處理半導體襯底的方法。所述方法包括從所述處理氣體源供應處理 氣體到等離子體處理室，利用RF能源向處理氣體施加 RF能以在等離子體室中產(chǎn)生等離子 體，并在等離子體處理室中等離子體處理半導體襯底。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1示出了等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件的橫截面圖。
[0008] 圖2示出了一種電容耦合等離子體蝕刻室的示例性實施方式，在其中可以安裝所 述冷噴涂阻擋層涂布的部件的實施方式。
[0009] 圖3示出了冷噴涂阻擋層涂布的部件的一種實施方式。
[0010] 圖4示出了冷噴涂阻擋層涂布的部件的一種實施方式。

【具體實施方式】
[0011] 本文公開了一種半導體等離子體處理室的部件，該部件包括導電的阻擋涂層，其 中所述阻擋涂層是由冷噴涂阻擋層涂布技術(shù)制成的并且是耐腐蝕的。所述半導體等離子 體處理室優(yōu)選包括真空室，并且可以是半導體等離子體處理裝置的等離子體蝕刻或沉積室 (在本文中簡稱為"等離子體室")。在下面的說明中，為了使本發(fā)明的實施方式能被全面理 解，闡述了若干具體的細節(jié)。然而，顯而易見的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在沒有這些具體細 節(jié)中的一些或全部的情況下來實施本發(fā)明的實施方式。在其他情形下，為了避免不必要地 使本實施方式難以理解，未對公知的技術(shù)進行詳細說明。
[0012] 本文所公開的部件包括：具有至少一個金屬表面的襯底，例如鋁或鋁合金襯底； 以及所述襯底的被配置以形成電觸頭的所述金屬表面的部分上的導電冷噴涂阻擋涂層。所 述襯底的被配置以形成電觸頭的所述金屬表面的所述部分可以是被配置來與相鄰部件表 面相配合的部件的表面（即配合表面）。導電冷噴涂阻擋涂層可以額外地形成在所述襯底 的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體中的金屬表面上。要被冷噴涂阻擋層涂布的所述 部件優(yōu)選在等離子體室中的鋁或鋁合金電觸頭，例如氣體分配板226和電極224之間形成 電觸頭的配合表面（參照圖2)。所述冷噴涂阻擋涂層可以由鈮、鉭、鎢、碳化鎢、鑰、鈦、鋯、 鎳、鈷、鐵、鉻、鋁、銀、銅、不銹鋼、WC-Co、或它們的合金或混合物構(gòu)成。所述冷噴涂阻擋涂層 也可以位于暴露于等離子體和/或處理氣體的金屬表面上，例如外表面，或者限定了洞、腔 或孔的內(nèi)表面。所述冷噴涂阻擋涂層可以施加到所述金屬襯底的一個或多個，或全部的外 表面和/或內(nèi)表面。
[0013] 在等離子體處理過程中，如在蝕刻處理過程中，處理氣體可以是含有鹵素的物質(zhì)， 例如，C xFy、CxHyFz、HBr、NF 3、HCl、SiCl4、Cl2 和隊13(其中，X 彡 1，y 彡 1，和 z 彡 0)，這些相 對于鋁和鋁合金表面是腐蝕性的。因此，冷噴涂阻擋涂層可優(yōu)選地應用于鋁或鋁合金表面。 這樣的應用可以是可更換的致密鋁冷噴涂阻擋涂層的形式，或者更優(yōu)選地可以是由例如鉭 之類的材料形成于鋁或鋁合金表面上的耐腐蝕的冷噴涂阻擋涂層的形式。鉭可以由于其能 夠耐鹵素腐蝕及其熱學性能和電學性能而是優(yōu)選的。
[0014] 包括導電冷噴涂阻擋涂層的部件可用在執(zhí)行包括半導體襯底的等離子體蝕刻和 材料的沉積（例如，ALD，PECVD等）的各種處理的裝置中，該各種處理用于制造包括例如半 導體晶片、平板顯示器襯底等的各種襯底。取決于裝置的類型和結(jié)構(gòu)，所述部件具有至少一 個金屬表面，其中所述金屬表面的部分被配置以形成電觸頭，該所述金屬表面的部分待被 冷噴涂涂布，所述部件可以是：例如，室壁、室襯墊、擋板、氣體分配板、氣體分配環(huán)、襯底支 撐件、邊緣環(huán)、氣體噴嘴、緊固件、整流罩、約束環(huán)、墊片、RF帶、導電連接件等等。例如所述 部件可以包括鋁或鋁合金表面，其中所述表面暴露于處理氣體和/或等離子體，其中所述 鋁或鋁合金表面的部分被配置來與另一部件形成接觸使得在半導體晶片的等離子體處理 過程中電流（RF或DC)可以都通過這兩個部件。所述冷噴涂阻擋涂層可以被施加到所述部 件的暴露的鋁或鋁合金表面以及所述部件的電觸頭部分，使得所述表面可以具有阻擋涂層 (例如鋁冷噴涂阻擋涂層），或耐腐蝕阻擋涂層（例如鉭冷噴涂阻擋涂層），同時保持導電和 導熱性。所述部件可以包括一個或多個涂布有優(yōu)選耐腐蝕的導電冷噴涂阻擋涂層的外表面 和/或內(nèi)表面。在一些實施方式中，所述部件的整個外表面可以包括所述冷噴涂阻擋涂層。
[0015] 圖1所示的是根據(jù)一個示例性實施方式的冷噴涂涂布的部件100。如圖所示，所 述部件100包括表面112的襯底110和形成于所述表面112上使得所述部件100的外表面 124得以形成的導電冷噴涂阻擋涂層120。所述襯底110可以優(yōu)選完全由鋁或鋁合金（如鋁 6061)形成，或者替代地可以由導電材料、電介質(zhì)材料、或絕緣體的復合物形成，其中所述襯 底110具有至少一個由例如鋁或鋁合金之類的金屬制成的形成電觸頭的表面112。如果襯 底110完全由鋁或鋁合金制成，則襯底110可以是鍛造鋁、擠壓鋁或鑄鋁。優(yōu)選地，要被冷 噴涂阻擋層涂布的所述襯底110的表面112是裸露的（非陽極氧化的）鋁。在替代實施方 式中，鋁或鋁合金表面可以被陽極氧化和/或粗糙化。在進一步優(yōu)選的實施方案中，鋁或鋁 合金表面可以被拋光或機械加工。
[0016] 所述冷噴涂阻擋涂層120優(yōu)選通過冷噴涂金屬、陶瓷或金屬陶瓷化合物于所述襯 底110的形成電觸頭的至少一個金屬表面112上制成。冷噴涂是利用壓縮氣體的超音速噴 射流加速接近室溫的粉末粒子（此處，優(yōu)選高純度的鋁，或者替代地鉭）到高的速度來撞 擊所述襯底（此處，所述金屬部件或其它產(chǎn)品被冷噴涂阻擋層涂布）來產(chǎn)生涂層的動態(tài)的 噴涂過程，其中所述顆粒的行進速度在大約450至1，500米/秒之間。在一個實施方式中， 所述顆粒在沖擊時在所述襯底上塑性變形和結(jié)塊（consolidate)。冷噴涂也可稱為氣體動 力噴涂、超聲噴涂、和/或動態(tài)噴涂。冷噴涂處理的基礎是微粒（來自高純度的金屬粉末） 被氣體動態(tài)加速到超音速的速度（450-1500米/秒），并且因此具有高動能，從而在撞擊時 發(fā)生固態(tài)塑性變形和融合以產(chǎn)生具有良好的微觀結(jié)構(gòu)、原材料沒有被顯著加熱的致密的涂 層。例如，已鍛的（充分加工過的）純鋁可具有介于約40和45之間的布氏硬度標度值，而 冷噴涂純鋁可具有介于約55和60之間的布氏硬度標度值。在一個實施方式中，這可通過 使用縮放拉瓦爾噴嘴（convergent-divergent de Laval nozzles)在高壓（高達500psi或 3. 5MPa)和高流率（高達90m3/hr)的諸如氦氣、氬氣或氮氣之類的壓縮氣體來實現(xiàn)。在另 一個實施方式中，氣體可以被預熱（低于許多金屬的熔點，優(yōu)選低于120°C )來增加所述涂 層材料的顆粒的速度。在一個實施方式中，金屬結(jié)合材料（此處為高純度鋁）的顆粒可具 有的粒徑范圍為約1至約50微米，粒子密度范圍為約2. 5g/cm3至約20g/cm3。
[0017] 作為與該金屬粉末形成氣-粉混合物的氣體通常使用惰性氣體。本文實施方式 中的惰性氣體包括但不限于氬氣、氦氣或相對的非反應性氮氣或者其兩種或更多種的混合 物。在特殊情況下，也可使用空氣。如果符合安全規(guī)則的要求，可以考慮使用氫氣與其他氣 體的混合物，并且由于氫氣的超高音速，因此可以有利地利用氫氣與其他氣體的混合物。事 實上氫氣的聲速高于氦氣的30%，而氦氣的聲速約為氮氣的3倍?？諝庠?0°C和1個大 氣壓（atm)下的聲速為344米/秒，而具有較低的分子量（相比空氣的分子量28. 96約為 2. 016)的氫氣的聲速為1308m/s。例如，可以利用氦氣和4%的氫氣的氣體混合物。
[0018] 形成導電涂層的所述冷噴涂阻擋涂層優(yōu)選由金屬材料制成，其中所述金屬材料優(yōu) 選耐含鹵素氣體物質(zhì)的腐蝕。所述涂層可由鈮、鉭、鎢、碳化鎢、鑰、鈦、鋯、鎳、鈷、鐵、鉻、鋁、 銀、銅、不銹鋼、WC-CO或它們的混合物制成。優(yōu)選地，冷噴涂阻擋涂層是由鋁構(gòu)成，并且被 形成用來涂布在等離子體室發(fā)揮電觸頭功能的鋁表面。在處理過程中先前應用的形成在發(fā) 揮電觸頭功能的鋁表面上的鋁冷噴涂阻擋涂層可能被侵蝕，并且在這種情況下，新的鋁冷 噴涂阻擋涂層可以被施加在電觸頭上使得等離子體室中的電觸頭的使用壽命可以被延長。
[0019] 在一個實施方式中，為了防止要被噴涂的襯底（例如鋁襯底）的氧化，冷噴涂沉積 可以在惰性氣氛室中進行，例如在包含氬氣的真空室中進行。另一方面，在另一實施方式 中，冷噴涂沉積可以在空氣中（例如在室內(nèi)氣氛中）進行，從而允許噴涂過程以連續(xù)的，在 線的方式（襯底不用離開生產(chǎn)線）進行。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的教導在線噴涂工藝可 以減少與高純度的噴涂涂布的襯底的制造相關(guān)聯(lián)的時間和成本總量。
[0020] 形成導電冷噴涂阻擋涂層120的冷噴涂阻擋涂層可具有的厚度為約1微米至約 10, 000微米，例如約2微米至約15微米。優(yōu)選地，冷噴涂阻擋涂層的厚度在襯底110的 表面112上基本上是均勻的。一般來說，冷噴涂阻擋涂層的純度至少為99%，例如99. 5% 或99. 7%、99. 9%，優(yōu)選的純度至少為99. 95%，基于金屬雜質(zhì)，優(yōu)選的純度尤其是至少為 99. 995%或至少為99. 999%，特別優(yōu)選的純度至少為99. 9995%。
[0021] 冷噴涂阻擋涂層優(yōu)選非常致密，具有小于約5%的體積孔隙率。在更優(yōu)選的實施方 式中，冷噴涂阻擋涂層具有小于約2 %的體積孔隙率，或小于約1 %的體積孔隙率，如孔隙 率小于約0. 5%、0. 1 %、0. 01 %、0. 001 %和0. 0001 %，S卩，具有接近所述涂層材料理論密度 的密度。冷噴涂阻擋涂層也優(yōu)選無缺陷。低孔隙率水平可以最小化腐蝕性的等離子體蝕刻 (例如由含碳氟化合物、氟代烴、溴和氯氣的蝕刻氣體形成的等離子體）氣氛與下伏襯底的 接觸。相應地，冷噴涂阻擋涂層保護襯底以免受由這種腐蝕性環(huán)境帶來的物理和/或化學 侵蝕。
[0022] 一般地，如果用合金來代替冷噴涂阻擋涂層中的純金屬，那么優(yōu)選地作為一個整 體的合金具有高純度，從而可以產(chǎn)生相應的高純涂層。在本文所公開的實施方式之一中，粉 末中如氧、碳、氮或氫等非金屬雜質(zhì)的總含量應該有利地小于1，OOOppm，優(yōu)選小于500ppm， 更優(yōu)選小于150ppm。在本文所公開的實施方式之一中，氧含量為50ppm或更低、氮含量為 25ppm或更低以及碳含量為25ppm或更低。金屬雜質(zhì)的含量有利地是500ppm或更低、優(yōu)選 lOOppm或更低以及最優(yōu)選50ppm或更低，尤其是lOppm或更低。冷噴涂阻擋涂層中的氧含 量在很大程度上取決于用于執(zhí)行冷噴涂的原始粉末中的氧含量，這與冷噴涂處理不同。
[0023] 形成導電和優(yōu)選耐腐蝕涂層120的冷噴涂阻擋涂層優(yōu)選與襯底110的表面112具 有良好的粘合強度（即內(nèi)聚失?。＠鋰娡孔钃跬繉涌稍跊]有預先粗糙化襯底表面112的 情況下直接在襯底110上形成。在替代實施方式中，在冷噴涂阻擋涂層施加之前襯底表面 112可以被粗糙化。在一個優(yōu)選的實施方式中，冷噴涂阻擋涂層提供了合適的粘附力而不 需要預先粗糙化襯底表面112,其避免了額外的工藝步驟。優(yōu)選地，冷噴涂阻擋涂層與襯底 110的其上形成涂層的表面112具有足夠高的粘合強度，使得當在部件100上進行拉伸粘結(jié) 強度測試時，冷噴涂阻擋涂層內(nèi)聚失?。丛诓考囊r底本體）并且粘合沒有失敗（即在 襯底/涂層界面）。
[0024] 為了確保冷噴涂阻擋涂層與襯底110很好的粘附，襯底表面112在冷噴涂之前應 徹底清洗掉氧化附著物和/或脂。這種清潔可通過將襯底110放在稀鹽酸、或硫酸、或在脫 脂溶劑的溶液中攪拌來進行。
[0025] 例如冷噴涂涂布的部件的實施方式可應用在半導體等離子體處理裝置的等離子 體蝕刻室或沉積室中，例如在電介質(zhì)蝕刻室、電容耦合等離子體蝕刻室、電感耦合等離子體 蝕刻室、PECVD(等離子體增強化學氣相沉積）室、和ALD(原子層沉積）室中。在這些室中， 襯底表面可被暴露于等離子體和/或處理氣體中。在某些蝕刻過程中，這些處理氣體可以 是含鹵素的物質(zhì)，例如CxFy、CxHyF z、HBr、NF3、HC1、SiCl4、Cl2和BC1 3，它們相對于諸如鋁和鋁 合金表面的某些材料是腐蝕性的。然而，冷噴涂阻擋涂層可用于涂布所述暴露于等離子體 和/或暴露于處理氣體的鋁或鋁合金表面以提供對等離子體和處理氣體的耐腐蝕性。冷噴 涂阻擋涂層可用于提供諸如致密的鋁涂層，其中所述涂層在被侵蝕和/或腐蝕到預定程度 后可以定期更換。替代地，冷噴涂阻擋涂層可用于提供致密的鉭涂層。鉭是優(yōu)選的，其原因 在于其在高溫高壓下能耐腐蝕性氣體的侵蝕以及具有所需的導電和導熱性能。優(yōu)選地，等 離子體處理裝置中的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的鋁或鋁合金表面包括所述 冷噴涂阻擋涂層，其中所述涂布的表面的部分可形成電觸頭表面和熱觸頭表面，其中電流 和熱能可以借此傳導。冷噴涂阻擋涂層可以對暴露的表面提供耐腐蝕性，同時不抑制電傳 導且不干擾通過半導體等離子體處理裝置中的所述部件提供的RF返回路徑。
[0026] 雖然冷噴涂阻擋涂層適用于具有形成電觸頭的金屬表面的任何類型部件，但為了 便于說明，關(guān)于所述涂層更詳細的說明請參考共同受讓的美國公布申請No. 2009/0200269 中所記載的裝置，該申請全文通過參考并入此處。
[0027] 圖2示出了等離子體處理裝置的可調(diào)間隙電容耦合等離子體（CCP)蝕刻室 200 ("室"）的示例性實施方式。室200包括室殼體202、安裝到室殼體202的室頂板228上 的上電極組件225、安裝到室殼體202的底板205上的與上電極組件225的下表面間隔開且 大體上平行的下電極組件215 (即襯底支撐件）、圍繞上電極組件225和下電極組件215之 間的間隙232的約束環(huán)組件206、上室壁204、以及圍合上電極組件225頂部的室頂部230。 在替代實施方式中，環(huán)形護罩401 (參照圖4)可以代替約束環(huán)組件206,使得環(huán)形護罩401 圍繞上電極組件225和下電極組件215之間的間隙232。
[0028] 所述上電極組件225優(yōu)選包括上噴頭電極224和氣體分配板226。上電極組件225 也可以可選地包括圍繞上噴頭電極224的外電極224a以及圍繞氣體分配板226的可選的 氣體分配環(huán)226a。上噴頭電極224和氣體分配板226包括用于將處理氣體分配到限定在上 噴頭電極224和下電極組件215之間的間隙232中的氣體通道。上電極組件225可進一步 可選地包括包含用于將處理氣體分配到限定在上噴頭電極224和下電極組件215之間的間 隙232中的氣體通道的諸如一個或多個擋板（未示出）的氣體分配系統(tǒng)。包括擋板的上電 極組件的示例性實施方式可以參見共同受讓的美國專利8, 313, 665,該專利全文通過參考 并入此處。上電極組件225可以包括額外的部件，例如RF墊片320、加熱元件121、氣體噴 嘴122以及其他部件。室殼體202有一個入口（未示出），通過該入口，襯底214被從室200 卸載/將襯底214加載到室200。例如，如在共同受讓的美國專利6, 899, 109中記載的，襯 底214可以通過加載鎖進入所述室，該專利全文通過參考并入此處。
[0029] 上噴頭電極224優(yōu)選由諸如單晶硅或多晶硅之類的半導體兼容材料制成。氣體分 配板優(yōu)選由鋁或鋁合金制成。優(yōu)選地，氣體分配板226和上噴頭電極224被配置來使得它 們可以傳導熱和引導RF電流穿過它們。氣體分配板226上的與硅上噴頭電極224對接的 鋁或鋁合金表面形成氣體分配板226與硅上噴頭電極224之間的電觸頭。氣體分配板226 的鋁或鋁合金表面的部分優(yōu)選涂布有冷噴涂阻擋涂層以提供展現(xiàn)出良好導電性和導熱性 的金屬涂布的部件。在一個實施方式中，諸如RF墊片320之類的導電構(gòu)件直接接觸氣體 分配板226和上噴頭電極224。所述RF墊片320被安裝到靠近所述氣體分配板226和所 述上噴頭電極224的周緣以提高RF的傳導性。此外，所述RF墊片320提高了氣體分配板 226和上噴頭電極224之間的DC傳導性，防止這兩個部件之間產(chǎn)生電弧。優(yōu)選地，所述RF 墊片320是柔性的，使得其可以調(diào)節(jié)由于所述上電極組件225的熱循環(huán)而引起的收縮和擴 張。所述RF墊片320優(yōu)選螺旋金屬墊片，并且優(yōu)選由不銹鋼、鋁、鋁合金或類似物制成。所 述RF墊片320優(yōu)選冷噴有所述冷噴涂阻擋涂層例如以形成耐腐蝕和導電的冷噴涂阻擋層 涂布的也可以導熱的部件。
[0030] 在一些示例性實施方式中，上電極組件225是可沿向上和向下方向（圖2中的箭 頭A和A'）調(diào)節(jié)的從而調(diào)節(jié)上電極組件225和下電極組件215之間的間隙232。上組件升 降致動器256升高或降低上電極組件225。在該圖中，從室頂板228垂直延伸的環(huán)形延伸部 229沿著上室壁204的圓筒形孔203可調(diào)地設置。密封裝置（未示出）可被用來在環(huán)形延 伸部229和圓筒形孔203之間提供真空密封，同時允許所述上電極組件225相對于上室壁 204和下電極組件215移動。RF返回帶248電耦合上電極組件225和上室壁204使得直流 電流可以借以傳導。
[0031] RF返回帶248提供上電極組件225和上室壁204之間的導電RF返回路徑以允許 所述電極組件225在室200內(nèi)垂直移動。所述帶包括通過彎曲部分連接的兩個平面端。彎 曲部分可調(diào)節(jié)上電極組件225相對于上室壁204的移動。根據(jù)諸如室尺寸等因素，多個（2、 4、6、8、10或更多個）RF返回帶248可以被設置在圍繞上電極組件225圓周方向間隔開的位 置。此外，多個（2、4、6、8、10或更多個）RF返回帶246可以被設置在圍繞下電極組件215 圓周方向間隔開的位置。
[0032] 為了簡便起見，圖2中只示出了連接到氣體源234的一條輸氣管線236。另外的 輸氣管線可以被連接到所述上電極組件225上，且所述氣體可通過上室壁204和/或室頂 230的其它部分供應。
[0033] 在其它示例性實施方式中，下電極組件215可以上下移動（圖2中的箭頭B和B'） 來調(diào)整間隙232,而上電極組件225可以固定或者可移動。圖2示出了與延伸穿過室殼體 202的底板（底壁）205至支撐下電極組件215的下導電構(gòu)件264的軸260連接的下組件升 降致動器258。波紋管262構(gòu)成密封裝置的一部分以在軸260和室殼體202的底板205之 間提供真空密封，同時允許在下組件升降致動器258提升和降低軸260時下電極組件215 相對于上室壁204和上電極組件225移動。若需要，下電極組件215可以被其它裝置提升 和降低。例如，另一種通過懸臂梁提升和降低下電極組件215的可調(diào)間隙的電容耦合等離 子體處理室的實施方式被共同受讓的美國專利7, 732, 728所公開，該專利全文通過參考并 入此處。
[0034] 若需要，可移動下電極組件215可以通過至少一個下RF帶246接地至所述室的 壁，所述下RF帶246將外邊緣環(huán)（接地環(huán)）222電耦合到諸如室壁襯墊252之類的導電部 件并且為等離子體提供短RF返回路徑，同時允許諸如在多步驟等離子體處理過程中下電 極組件215在所述室200內(nèi)垂直移動，其中所述間隙被設置為不同的高度。
[0035] 圖3示出了柔性和導電的RF帶246將外邊緣環(huán)222電連接到可調(diào)間隙電容耦合 等離子體蝕刻室200中的導電室側(cè)壁襯墊252的一個實施方式。導電連接件270可以由鋁 或鋁合金金屬塊或者由鋁或鋁合金電鍍金屬塊制成，其中第一導電連接件270將RF帶246 的第一端連接到導電室側(cè)壁襯墊252以及第二導電連接件270將RF帶246的第二端連接 到外邊緣環(huán)222,使得熱和電可以借以傳導。所述導電連接件270、RF帶246、外邊緣環(huán)222 和導電室側(cè)壁襯墊252可以各自在其金屬表面上具有冷噴涂阻擋涂層，其中每個金屬表面 的部分被配置以形成電觸頭。此外，所述導電連接構(gòu)件270、RF帶246、外邊緣環(huán)222和導 電室側(cè)壁襯墊252的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的鋁或鋁合金表面可以包括冷 噴涂阻擋涂層。優(yōu)選暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的鋁或鋁合金表面的區(qū)域包括 冷噴涂阻擋涂層，使得在所述連接件270和/或柔性RF帶246之間形成電觸頭的金屬表面 的部分以及與電觸頭相鄰的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的鋁或鋁合金表面的 區(qū)域通過所述冷噴涂阻擋涂層被保護從而免受自由基影響，同時保持高的導熱性和高的導 電性使得電流可以借以傳導。所述導電連接件270可以包括緊固孔272,緊固孔272適于接 納諸如螺釘、鉚釘、銷子等緊固件以完成導電連接件270和RF帶246之間的連接。所述緊 固件可以由鋁或鋁合金制成或者替代地可以是鋁或鋁合金鍍金緊固件。為了保護緊固件避 免暴露于氧和/或氟自由基中，冷噴涂阻擋涂層也可以用于鋁緊固件的暴露于等離子體和 /或暴露于處理氣體的表面。
[0036] 在圖2中所示的實施方式中，下導電構(gòu)件264電連接到外邊緣環(huán)（接地環(huán)）222， 外邊緣環(huán)222環(huán)繞介電耦合邊緣環(huán)220,介電耦合邊緣環(huán)220使外邊緣環(huán)222與下電極組 件215電絕緣。下電極組件215包括卡盤212、邊緣環(huán)組件216和下電極210。然而，下電 極組件215可以包括附加組件，如用于升降襯底的升降銷機構(gòu)、光學傳感器和用于冷卻下 電極組件215的附著于下電極組件215或者形成為下電極組件215的部分的冷卻機構(gòu)。在 操作過程中，卡盤212將襯底214夾持在下電極組件215的頂表面的適當位置。所述卡盤 212可以是靜電卡盤、真空卡盤或機械卡盤。包含在下電極組件215中的鋁或鋁合金電觸頭 表面優(yōu)選包括冷噴涂阻擋涂層使得直流電流或RF電流可以借以傳導。
[0037] 例如，如圖4所示，在環(huán)形護罩401和外邊緣環(huán)422a之間的電觸頭430處，環(huán)形護 罩401被電連接到外邊緣環(huán)422a。外邊緣環(huán)422a電連接到柔性和導電的RF帶402,并且該 柔性和導電的RF帶402電連接到外邊緣環(huán)422b。導電連接構(gòu)件470可以由鋁或鋁合金金屬 塊或者鋁或鋁合金電鍍金屬塊制成，其中第一導電連接構(gòu)件470將RF帶402的第一端連接 到外邊緣環(huán)422a，并且第二導電連接構(gòu)件470將RF帶402的第二端連接到外邊緣環(huán)422b， 使得電流可以借以傳導。在所述外邊緣環(huán)422b和下導電構(gòu)件464之間的電觸頭431處，所 述外邊緣環(huán)422b被電連接到下導電構(gòu)件464。所述環(huán)形護罩401、外邊緣環(huán)422a、422b、柔 性和導電的RF帶402,以及導電的鋁或鋁合金金屬塊470各自可以在其配合表面包括冷噴 涂阻擋涂層，其中所述的配合表面形成在其間的電觸頭。例如，電觸頭430、431包括冷噴涂 阻擋涂層。此外，冷噴涂防護涂層也設置在與形成電觸頭的配合表面相鄰的暴露于等離子 體和/或暴露于處理氣體的鋁或鋁合金表面上。
[0038] 再次參照圖2,下電極210通常通過阻抗匹配網(wǎng)絡238從耦合到下電極210的一個 或多個RF電源240供應RF功率。RF功率可以以例如頻率400KHz、2MHz、13. 56MHz、27MHz 和60MHz中的一種或多種供應。在間隙232中RF功率激勵處理氣體以產(chǎn)生等離子體。在 一些實施方式中，上噴頭電極224和室殼體202電耦合到接地裝置。在其它實施方式中，上 噴頭電極224與室殼體202絕緣并通過阻抗匹配網(wǎng)絡從RF源供應RF功率。 上室壁204的底部耦合到將氣體排出室200的真空泵單元244。優(yōu)選地，所述約束環(huán) 組件206基本上終止在間隙232內(nèi)形成的電場并且防止電場穿透外室容積空間268。約束 環(huán)組件206可以通過至少一個柔性RF帶250接地到室的壁，其中柔性RF帶250將約束環(huán) 組件206電耦合到諸如上室壁204之類的導電構(gòu)件。圖2示出了通過水平延伸部254支撐 的導電室壁襯墊252。優(yōu)選水平延伸部254是導電的。RF帶250優(yōu)選地通過將約束環(huán)組件 206電耦合到水平延伸部254或替代地上室壁204而提供短RF返回路徑。RF帶250可以 在約束環(huán)組件206和上室壁204之間位于室200內(nèi)的約束環(huán)組件206的各種垂直位置提供 導電路徑。RF帶250、約束環(huán)組件206和上室壁204在之間（即配合表面）形成電觸頭的 金屬部分優(yōu)選包括所述冷噴涂阻擋涂層。進一步，RF帶250、約束環(huán)組件206和上室壁204 的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的部分包括所述冷噴涂阻擋涂層。
[0040] 注入到間隙232的處理氣體被激勵以產(chǎn)生等離子體來處理襯底214,穿過約束環(huán) 組件206,并且進入外室容積空間268直至被真空泵單元244排出。由于外室容積空間268 中的等離子體室部件在操作過程中可被暴露于等離子體和反應性處理氣體（自由基，活性 物質(zhì)）中，因此形成所述等離子體室部件的表面的鋁或鋁合金可優(yōu)選地包括能夠耐受等離 子體和反應性處理氣體的導電冷噴涂阻擋涂層。優(yōu)選地，冷噴涂阻擋涂層是由諸如鉭之類 的耐腐蝕金屬制成。替代地冷噴涂阻擋涂層可以由致密的、高純度的鋁制成。
[0041] 在一個實施方式中，在操作過程中RF電源240提供RF功率到下電極組件215, RF 電源240通過軸260向下電極210傳遞RF能量。在間隙232中的處理氣體通過被傳遞到 下電極210的RF功率電激以產(chǎn)生等離子體。
[0042] 具有至少一個金屬表面的等離子體室的襯底可以是冷噴涂阻擋層涂布的部件，其 中所述金屬表面的部分被配置以形成電觸頭，所述金屬表面的部分如用于氣體分配板226、 氣體分配環(huán)226a、一個或多個可選的擋板、下電極組件215、邊緣環(huán)、環(huán)形護罩401、室襯墊 252、上室壁204、室殼體202、RF墊片320、導電連接件270和緊固件的形成電觸頭表面的鋁 或鋁合金表面的部分。具有諸如鋁或鋁合金表面之類的金屬表面的半導體等離子體處理裝 置中的任何其他襯底也可包括冷噴涂阻擋涂層，其中所述金屬表面的部分被配置以形成電 觸頭。優(yōu)選地，冷噴涂阻擋涂層被施加到鋁部件的裸露的（非陽極化的）鋁表面上。冷噴 涂阻擋涂層可被涂布到所述部件的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的表面的部分 或全部上。在一個實施方式中，冷噴涂阻擋層涂布的鋁部件其上可形成外氧化涂層。
[〇〇43] 雖然本發(fā)明已參照具體的實施方式作了詳細描述，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以 做出各種變化和修改是顯而易見的，以及采用等同的方式，這些都不背離所附權(quán)利要求書 的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導體等離子體處理室的冷噴涂阻擋層涂布的部件，所述部件包括： 具有至少一個金屬表面的襯底，其中所述金屬表面的部分被配置以形成電觸頭；和 由導熱并導電材料制成的至少在被配置以形成所述電觸頭的所述金屬表面上的冷噴 涂阻擋涂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述冷噴涂阻擋涂層是在所 述金屬表面的暴露于等離子體和/或處理氣體的部分上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述冷噴涂阻擋涂層選自 鈮、鉭、鎢、碳化鎢、鑰、鈦、鋯、鎳、鈷、鐵、鉻、鋁、銀、銅、不銹鋼、碳化鎢-鈷和它們的混合 物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中（a)所述冷噴涂阻擋涂層的 厚度為約1微米至約10, 〇〇〇微米；或（b)所述冷噴涂阻擋涂層的厚度為約2微米至約15 微米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述冷噴涂阻擋涂層中的氧 含量為50ppm或更低，所述冷噴涂阻擋涂層中的氮含量為25ppm或更低，所述冷噴涂阻擋涂 層中的碳含量為25ppm或更低。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述冷噴涂阻擋涂層具有按 重量計至少約99. 9%的純度和高達約0. 1 %的附帶雜質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述襯底是氣體分配板、室 壁、室壁襯墊、擋板、氣體分配環(huán)、襯底支撐件、邊緣環(huán)、緊固件、護罩、約束環(huán)、墊片、RF帶或 導電連接件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述冷噴涂阻擋涂層具有 (a)小于約5%的孔隙率；(b)小于約2%的孔隙率；（c)小于約1%的孔隙率；或（d)小于 約0.5 %的孔隙率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷噴涂阻擋層涂布的部件，其中所述襯底的所述金屬表面是 由鋁或鋁合金制成。
10. -種用于冷噴涂阻擋層涂布半導體等離子體處理室的部件的電觸頭的方法，所述 方法包括： 至少在襯底的至少一個金屬表面的部分上冷噴導電的冷噴涂阻擋層，其中所述金屬表 面的所述部分被配置以形成電觸頭。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述導電的冷噴涂阻擋層是冷噴涂于所述部件 的暴露于等離子體和/或暴露于處理氣體的部分上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述部件是氣體分配板、室壁、室壁襯墊、擋板、 氣體分配環(huán)、襯底支撐件、邊緣環(huán)、緊固件、護罩、約束環(huán)、墊片、RF帶或?qū)щ娺B接件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述部件是半導體等離子體處理室中先前使用 過的部件，并且其中所述冷噴涂是翻新所述使用過的部件的過程的一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中（a)所述冷噴涂阻擋涂層具有按重量計至少約 99. 9%的純度和高達約0. 1 %的附帶雜質(zhì)；(b)所述冷噴涂阻擋涂層具有小于約5%的孔隙 率；（c)所述冷噴涂阻擋涂層具有小于約2%的孔隙率；（d)所述冷噴涂阻擋涂層具有小于 約1 %的孔隙率；（e)所述冷噴涂阻擋涂層具有小于約0. 5 %的孔隙率；（f)所述冷噴涂阻 擋涂層的厚度為約1微米至約10, 000微米；和/或（g)所述冷噴涂阻擋涂層的厚度為約2 微米至約15微米。
15. -種半導體等離子體處理裝置，其包括： 用于處理半導體襯底的等離子體處理室； 用于將處理氣體供應到所述等離子體處理室的與所述等離子體處理室流體連通的處 理氣體源； 用于將所述等離子體處理室中的所述處理氣體激發(fā)到等離子體狀態(tài)的RF能源； 和至少一個根據(jù)權(quán)利要求1所述的位于所述等離子體處理室中的冷噴涂阻擋層涂布 的部件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導體等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理室是等 尚子體蝕刻室。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導體等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理室是沉 積室。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導體等離子體處理裝置，其中所述至少一個冷噴涂阻擋 層涂布的部件是噴頭電極組件的部分。
19. 一種在根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置中等離子體處理半導體襯底的方法，其包括： 從所述處理氣體源供應所述處理氣體到所述等離子體處理室； 利用所述RF能源向所述處理氣體施加 RF能以在所述等離子體處理室中產(chǎn)生等離子 體；和 在所述等離子體處理室中等離子體處理半導體襯底。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述等離子體處理包括等離子體蝕刻襯底或者 執(zhí)行沉積過程。
【文檔編號】H01J37/32GK104112635SQ201410163113
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月22日
【發(fā)明者】許臨, 石洪, 安東尼·阿瑪多, 拉金德爾·迪恩賽, 約翰·邁克爾·克恩斯, 約翰·多爾蒂 申請人:朗姆研究公司