專利名稱：石英保護(hù)環(huán)的制作方法
石英保護(hù)環(huán)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申i青要求遞交于2006年10月16日的美國專利臨時(shí)申"i青No.60/852,345的優(yōu)先權(quán)，其整體通過引用結(jié)合在這里。

發(fā)明內(nèi)容
4安照一個(gè)實(shí)施例， 一種用于半導(dǎo)體基片處理中4吏用的等離子反應(yīng)室電極總成包括上部電極；背襯構(gòu)件，該背襯構(gòu)件可貼附于該上部電4及的上表面；和外環(huán)，圍繞該背^N"構(gòu)件的外部表面并位于該上部電才及的上表面之上。按照進(jìn)一步的實(shí)施例， 一種用于半導(dǎo)體基片處理中使用的等離子反應(yīng)室的電極總成的保護(hù)環(huán)，其中該電極總成包括粘結(jié)到背襯構(gòu)件的噴頭電極和圍繞該電極總成的限制環(huán)總成，該保護(hù)環(huán)包括保護(hù)環(huán)，配置為安裝在該背襯構(gòu)件的外緣和該限制環(huán)總成的內(nèi)緣之間，該保護(hù)環(huán)具有適于覆蓋該上部電極的上表面的下表面。按照另 一個(gè)實(shí)施例， 一種在等離子室中處理半導(dǎo)體基片的方法，該等離子室包括具有上部電極的電極總成；背襯構(gòu)件，該背襯構(gòu)件可貼附于該上部電極的上表面；以及外環(huán)，圍繞該背襯構(gòu)件的外部表面并位于該上部電極的上表面之上，其中該方法包括在該等離子室中將半導(dǎo)體基片支撐在下部電極上，該下部電極由間隙與該上部電才及隔開；將工藝氣體^是供進(jìn)該間隙并且將該工藝氣體激勵(lì)為等離子；并且利用該等離子處理該半導(dǎo)體基片。


圖1示出用于蝕刻基片的等離子反應(yīng)器的具有保護(hù)環(huán)的 噴頭電極總成的剖視圖。圖2示出圖1的該噴頭電極總成的 一部分的剖視圖。圖3示出圖2的該噴頭電極總成包括上部電極、背襯構(gòu)件 和該〗呆護(hù)環(huán)的一部分的剖一見圖。圖5示出圖4的<呆護(hù)環(huán)沿線5-5的剖視圖。圖6示出按照一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)的剖視圖。圖7示出按照 一 個(gè)實(shí)施例具有保護(hù)環(huán)的該上部電極和背 襯構(gòu)件的一部分的剖一見圖。圖8示出按照另 一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)的剖一見圖。圖9示出按照進(jìn)一步的實(shí)施例，具有保護(hù)環(huán)的該上部電極 和背襯構(gòu)件的一部分的剖視圖。
具體實(shí)施例方式集成電路芯片的制造通常開始于高純度、單晶半導(dǎo)體材 料(如硅或鍺)基片(稱為"晶片")的薄的、拋光切片。每個(gè)晶 片經(jīng)過一 系列物理和化學(xué)處理步驟，這些步驟在該晶片上形成各種 電3各結(jié)構(gòu)。在制造過程期間，各種類型的薄膜可使用多種4支術(shù)沉積在該晶片上，如熱氧化以產(chǎn)生二氧化石圭"莫，化學(xué)氣相沉積以產(chǎn)生石圭、 二氧^^圭和氮氧化石圭l莫，以及濺射或其他4支術(shù)以產(chǎn)生其〗也金屬月莫。在半導(dǎo)體晶片上沉積膜之后，通過使用稱為摻雜的工藝 將選取的雜質(zhì)代入該半導(dǎo)體晶格而產(chǎn)生唯一的半導(dǎo)體電器屬性。該 摻雜的硅晶片然后均勻地涂上一層光敏或?qū)椛涿舾胁牧蠈樱Q為 "抗蝕劑"。限定電3各中電子i 各徑的小的幾<可圖案然后4吏用稱為光 刻的工藝傳遞到該抗蝕劑上。在光刻工藝期間，該集成電^各圖案可 繪在玻璃板上，其稱為"掩模"，然后光學(xué)縮小、投影并傳遞到光 敏涂層上。然后通過稱為蝕刻的工藝將該光敏抗蝕劑圖案傳遞到下 面的半導(dǎo)體材料結(jié)晶表面上。真空處理室通常用于蝕刻基片以及在 基片上化學(xué)氣相沉積(CVD),通過才是供蝕刻或沉積氣體至該真空 室并且施加射頻(RF)場至該氣體以將該氣體激發(fā)為等離子態(tài)。反應(yīng)性離子蝕刻系統(tǒng)通常由蝕刻室組成，其中設(shè)有上電 極或陽極和下電極或陰極。該陰極相對(duì)于該陽極和該容器壁負(fù)偏 置。待蝕刻晶片由合適的掩模覆蓋并且直接設(shè)在該陰極上。化學(xué)反 應(yīng)氣體如CF4、 CHF3、 CC1F3、 HBr、 Cl2和SF6或其與02、 N2、 He或 Ar的混合物引入該蝕刻室并且保持在通常為毫4乇范圍的壓力。該上 電極提供有氣孔，其允許氣體均勻地通過該電極分散進(jìn)入該室。建 立在該陽極和該陰極之間的電場將分離形成等離子的反應(yīng)性氣體。 該晶片表面通過與該反應(yīng)性離子的化學(xué)反應(yīng)以及撞擊該晶片表面 的離子的動(dòng)量轉(zhuǎn)移而受到蝕刻。由這些電極產(chǎn)生的電場把這些例子 向該陰才及吸引，4吏得這些離子以主要垂直的方向撞擊該表面，乂人而 該工藝產(chǎn)生4侖廓分明的垂直蝕刻的側(cè)壁。這些蝕刻反應(yīng)器電才及往往 通過將兩個(gè)不相似的構(gòu)件利用機(jī)械上相適應(yīng)和/或?qū)嵴辰Y(jié)劑粘合 在一起來制造，這是為多重功能留出余地。
圖1示出用于蝕刻基片的等離子處理系統(tǒng)的噴頭電^l總 成100的一部分的剖視圖。如圖1所示，該噴頭電極總成100包括上 電才及IIO、背襯構(gòu)件140和保護(hù)環(huán)(或外環(huán))170。該噴頭電才及總成 IOO還包括等離子限制總成(或晶片區(qū)域等離子(WAP)總成)180， 其圍繞該上電4及110和該背^"構(gòu)^f牛140的外部邊鄉(xiāng)彖。該-床護(hù)環(huán)170圍 繞該背4于構(gòu)<牛140，并且優(yōu)選i也適于繞該背^H"構(gòu)^f牛14(H殳置或以該背 襯構(gòu)件為中心，乂人而在等離子處理系統(tǒng)熱循環(huán)期間，該^呆護(hù)環(huán)170 最小化該保護(hù)環(huán)170和該限制總成180之間徑向間隙200的變化。可 以認(rèn)識(shí)到盡管該外環(huán)或保護(hù)環(huán)170結(jié)合反應(yīng)性離子蝕刻系統(tǒng)示出， 但是該保護(hù)環(huán)和定中心結(jié)構(gòu)可用于任何合適的系統(tǒng)，包括清潔蝕刻 系纟充或千々蟲刻系鄉(xiāng)克。該總成IOO還包括熱控制構(gòu)件102和上纟反104 。該上電才及 110優(yōu)選地包4舌內(nèi)部電才及120和可選的外部電4及130。該內(nèi)部電才及120 優(yōu)選地為圓柱形板并且可由單晶硅組成。該背襯構(gòu)件140利用彈性 材泮牛固定于該內(nèi)部電才及120和該外部電才及130。該背^N"構(gòu)ffl40可包 括內(nèi)部背襯構(gòu)件150和可選的外部背襯構(gòu)件160。如果該背襯構(gòu)件 140由單個(gè)圓斗主形才反組成，該4呆護(hù)環(huán)170圍繞該背^H"構(gòu)4牛140?；蛘?， 如果該背襯構(gòu)件140是由內(nèi)部和外部背襯構(gòu)件150、 160組成，該保 護(hù)環(huán)170調(diào)整為圍繞該外部背襯構(gòu)件160。圖1所示的噴頭電極總成100通常用于靜電卡盤(未示)， 該卡盤具有平的下電極，該下電極上支撐晶片并且在該上電極IIO 下方與之隔開l至2cm。這種等離子處理系統(tǒng)的一個(gè)示例是平行板型 反應(yīng)器，3口 i亥Exelan 介電々蟲刻系纟充，由Calif, Fremont的Lam Research Corporation制造。這種卡緊裝置通過提供背面氦氣壓力(其 控制晶片和卡盤之間的熱傳遞速率)而提供對(duì)晶片的溫度控制。該上電極110是消耗性部件，其必須定期更換。在優(yōu)選實(shí) 施例中，該上電極110是噴頭電極，提供有多個(gè)間隔開的氣體排出通道106，這些通道的尺寸和分布適于纟是供工藝氣體，該工藝氣體 由該電極激發(fā)并且在該上電極110下方的反應(yīng)區(qū)域中形成等離子。該噴頭電4及總成100還包括等離子限制總成(或晶片區(qū)域 等離子(WAP)總成)180,其圍繞該上電極110和該背襯構(gòu)件140 的外部邊緣。該等離子限制總成180是優(yōu)選地由 一摞或多個(gè)分隔開 的限制環(huán)1卯，其圍繞上電才及110和該背^"構(gòu)件140的外部邊纟彖。在 處理期間，該等離子限制總成180在反應(yīng)區(qū)i或中產(chǎn)生壓力差，并且 增加該反應(yīng)室壁和該等離子之間的電阻，由此限制該上電極110和 該下電才及(未示)之間的等離子。試用期間，這些限制環(huán)190將該等離子限制在該室容積并 且控制反應(yīng)室內(nèi)等離子的壓力。將該等離子限制在該反應(yīng)室是許多 因素的函數(shù)，包括該限制環(huán)l卯之間的間距、該反應(yīng)室中該限制環(huán) 外側(cè)和等離子內(nèi)部的壓力、氣體類型和流率以及RF功率水平和頻 率。為了有效限制等離子，該限制環(huán)l卯外側(cè)的壓力應(yīng)當(dāng)盡可能地 低，優(yōu)選地低于30毫托。如果限制環(huán)190之間的間距非常小，那么 該等離子的限制更容易實(shí)現(xiàn)。通常，對(duì)于這種限制，要求0.15英寸 或更小的間距。然而，這些限制環(huán)190之間的間距還決定等離子的 壓力，而且希望該間距可以調(diào)節(jié)以得到最佳工藝性能所需要的壓力 同時(shí)維持等離子。來自氣體源的工藝氣體通過該上板104中的一個(gè) 或多個(gè)通道^是供到電才及110。然后，該氣體通過一個(gè)或多個(gè)垂直方 向間隔開的隔才反分配并且穿過該電才及110中的氣體分配孔106以均 勻地將該工藝氣體分散進(jìn)反應(yīng)區(qū)域102。該內(nèi)部電極120優(yōu)選地是平的圓盤或板，其從中心(未示) 到外緣具有一致的厚度。如果該板由單晶硅材料制成，該內(nèi)部電極 120的直徑可小于、等于或大于4寺處理晶片(例如，高達(dá)300mm)。 為了處理300mm晶片，該外部電極130適于將該上電極110的直徑從 大約15英寸擴(kuò)展至17英寸。該外部電極130可以是連續(xù)構(gòu)件(例如，多晶石圭構(gòu)件，如環(huán))，或分l殳構(gòu)件(例如，2-6個(gè)布置為環(huán)形構(gòu)造的 分開的片段，如單晶硅段)。該內(nèi)部電極120優(yōu)選地包括多個(gè)氣體通 道106,用于將工藝氣體噴射入等離子反應(yīng)室內(nèi)該上電杉U10下方的
空間中。單晶石圭是用于該內(nèi)部電才及120和該外部電才及130的等離子 暴露表面的優(yōu)選材料。高純度、單晶硅使得等離子處理期間基片的 污染最小，因?yàn)槠鋬H向該反應(yīng)室引入最小量的不希望元素，而且還 在等離子處理期間平滑磨損，由此使得顆粒最少?？捎糜谠撋想姌O IIO的等離子暴露表面的可選材料包括，例如，SiC、 SiN和AlN。構(gòu)造上，該噴頭電極總成100足夠大以處理大的基片，如 300mm直徑的半導(dǎo)體晶片。對(duì)于300mm晶片，該上電才及110直徑至 少是300mm(毫米)。然而，該噴頭電極總成100的尺寸可以設(shè)為處
理其他晶片尺寸或非圓形構(gòu)造的基片。圖2示出圖l噴頭電極總成的一部分的剖視圖。如圖2所 示，該噴頭電才及總成100包括內(nèi)部電才及120、外部電才及130、該內(nèi)部 背襯構(gòu)件150、該外部背襯構(gòu)件160、該外環(huán)或保護(hù)環(huán)170和該等離 子限制環(huán)190。在這種構(gòu)造中，該內(nèi)部電極120是優(yōu)選地與該內(nèi)部背 襯構(gòu)件150共同延伸，該外部電極130與該圍繞的背襯構(gòu)件160共同 延伸。然而，該內(nèi)部背4于構(gòu)件150可延伸超出該內(nèi)部電才及120, 乂人而 該背襯構(gòu)件140 (圖3)可以是用來支撐該內(nèi)部電才及120和該外部電 極130的單個(gè)圓盤或板。該內(nèi)部電才及120和該外部電才及130優(yōu)選地利 用彈性粘結(jié)材料貼附到內(nèi)部和外部內(nèi)部構(gòu)件150、 160。該內(nèi)部背襯 構(gòu)件150包括氣體通道108,其與該內(nèi)部電極120內(nèi)的氣體通道106對(duì) 準(zhǔn)，以將氣流提供進(jìn)該等離子處理室。該內(nèi)部背襯構(gòu)件150的氣體 通道108通常直徑為大約0.04英寸，該內(nèi)部電才及120的氣體通道106 直徑通常為大約0.025英寸。
該內(nèi)部背襯構(gòu)件150和該外部背4十構(gòu)件160優(yōu)選地由與用
來在該等離子處理室中處理半導(dǎo)體基片的工藝氣體化學(xué)相容的材 料制成，具有與該電極材料緊密匹配的熱膨脹系數(shù)，和/或?qū)щ姾蛯?dǎo) 熱?？捎脕碇谱髟摫骋r構(gòu)件140 (包括該內(nèi)部和外部背襯構(gòu)件150、 160)的優(yōu)選材料可包括，^f旦不限于，石墨、碳化硅、鋁(Al)或 其他合適的材料。該內(nèi)部和外部電才及120、 130可分另'J利用導(dǎo)熱和導(dǎo)電彈性 粘合材料(未示)貼附于該內(nèi)部背襯構(gòu)件150和外部背襯構(gòu)件160。 該彈性粘合材并?？紤]到在由于熱循環(huán)導(dǎo)致的熱應(yīng)力期間該上電招^ 110和該背襯構(gòu)件140之間的相對(duì)移動(dòng)。該粘合材料還在該內(nèi)部與該 夕卜部電才及120、 130以及該內(nèi)部與該外部背誶于構(gòu)件150、 160之間傳遞 熱量和電能。需要使用彈性粘合材料來將電極總成100的表面粘合 在一起，例如，在共同擁有的美國專利No.6,073,577中，其整體通 過引用結(jié)合在這里。該內(nèi)部背襯構(gòu)件150和該外部背襯構(gòu)件160優(yōu)選地利用合 適的緊固件連接到該熱控制構(gòu)件102，該緊固件可以是螺栓、螺釘 等。例如，螺才全(未示)可以插進(jìn)該熱控制構(gòu)件102中的孔內(nèi)并且 擰進(jìn)該背襯構(gòu)件140中的螺紋開口中。該熱控制構(gòu)件102包括彎曲部 分184，并且優(yōu)選地由機(jī)械加工的金屬材料制造，如鋁、鋁合金等。 該上才反104優(yōu)選地由鋁或鋁合金制成。該等離子限制總成(或晶片 區(qū)域等離子總成(WAP)) 180設(shè)在該噴頭電極總成100之外。包括 多個(gè)垂直方向可調(diào)節(jié)的等離子限制環(huán)190的合適的等離子限制總成 180在共同擁有美國專利No.5，534,751中描述，其整體通過引用結(jié)合 在這里。圖3示出圖2的噴頭電極總成一部分的剖視圖，包括具有 內(nèi)部電才及120和外部電才及130的上電才及110 、由單個(gè)圓盤或壽反組成的 背襯構(gòu)件140和^呆護(hù)環(huán)170。如圖3所示，該背襯構(gòu)件140可改成延伸超出該內(nèi)部電才及120的外》彖121, 乂人而可^f吏用單個(gè)背襯構(gòu)件140,而 不是如圖2所示的內(nèi)部背襯構(gòu)件150和外部背襯構(gòu)件160 。該內(nèi)部電 才及120的外》彖121通常是垂直的，如圖3所示。然而，可以i人識(shí)到， 該內(nèi)部電才及120的外》彖121可以具有非垂直的方向。如圖3所示，外部電才及130的內(nèi)邊和外邊可包4舌內(nèi)部表面 和外部表面，它們朝向該外部電才及的下表面傾斜。該內(nèi)部和外部表 面與外部電才及130的下表面一起可延伸進(jìn)區(qū)i或102比該內(nèi)部電才及120 的下表面更大的深度。該外部電極130的內(nèi)部表面可以描述為臺(tái)階 111，如共同擁有美國專利No.6，824，627中描述的，其整體通過引用 結(jié)合在這里。4是供該臺(tái)階lll以在等離子處理期間控制在暴露的々我下 表面附近形成的等離子的密度。該臺(tái)階lll優(yōu)選地基本上對(duì)齊在該下 部電極的邊緣環(huán)(未示)上方，并且設(shè)為恰在該晶片邊緣外側(cè)。該 內(nèi)部表面和該外部表面的角度優(yōu)選的在大約15和85度。4安照一個(gè)實(shí)施例，該外部電才及130優(yōu)選地由多個(gè)革更組成， 其中這些l殳利用彈性粘合材料;波此貼附。該多個(gè)革殳為在處理區(qū)域 102中處理半導(dǎo)體或基片期間該外部電極130的膨脹留出余地。在處
該內(nèi)部背4于構(gòu)件150、該外部背4于構(gòu)4牛160和該4呆護(hù)環(huán)170，然后至 該上板104。圖4示出^安照一個(gè)實(shí)施例，保護(hù)環(huán)170的俯一見圖。如圖4 所示，該保護(hù)環(huán)170優(yōu)選地是圓形，具有內(nèi)徑171和外徑173 (圖5 )。圖5示出圖4的保護(hù)環(huán)170沿5-5的剖#見圖。如圖5所示，該 4呆護(hù)環(huán)170是圓形，具有內(nèi)徑171和外徑173。按照一個(gè)實(shí)施例，刈^ 于具有大約16.620到16.660英寸外徑的上部背襯構(gòu)件，該4呆護(hù)環(huán)170 內(nèi)徑17M尤選i也為16.695至16.725英寸，更4尤選；也大約16.705至 16.715英寸，最優(yōu)選地大約16.710英寸。對(duì)于具有大約16.620至16.660英寸外徑的上部背板構(gòu)件，該保護(hù)環(huán)的外徑173優(yōu)選地為大約 16.980至17.020英寸，更優(yōu)選地大約16.990至17.010英寸，最優(yōu)選地 大約17.000英寸。可以iLi口、到，該寸呆護(hù)環(huán)170的內(nèi)、夕卜4圣171、 173 將根據(jù)包括該外部背襯構(gòu)件160的外徑的該背襯構(gòu)件140的外徑而變化。圖6示出按照一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)170的剖視圖。如圖6 所示，該保護(hù)環(huán)170優(yōu)選地具有矩形截面，其有內(nèi)邊172、外邊174、 下表面176和上表面178。該內(nèi)邊172和該外邊1744尤選i也具有大約 0.380到0.394英寸的高度177，更4尤選i也大約0.384到0.390英寸，最 優(yōu)選地大約0.387英寸，以及寬度179為大約0.140到0.150英寸，更優(yōu) 選地大約0.142到0.147英寸，最優(yōu)選地大約0.145英寸。4安照一個(gè)實(shí) 施例，該內(nèi)邊172、該夕卜邊174、該下表面176和該上表面178之間的 角優(yōu)選地為圓角，半徑在大約0.025到0.010英寸之間?？梢哉J(rèn)識(shí)到， 該保護(hù)環(huán)170的高度和寬度177、 179可以才艮據(jù)包括該部背襯構(gòu)件160 的高度和寬度的背襯構(gòu)件140的高度和寬度而變化。圖7示出按照一個(gè)實(shí)施例，具有圍繞該外部背襯構(gòu)件160 的保護(hù)環(huán)170的該外部電極110和背襯構(gòu)件140的一部分的剖視圖。 如圖7所示，該<呆護(hù)環(huán)170圍繞該外部背^"構(gòu)4牛160，并且優(yōu)選i也配 置為圍繞該外部背襯構(gòu)件160的外邊164同心設(shè)置或定心。該保護(hù)環(huán) 170具有內(nèi)邊172、外邊174、下表面176和上表面178。在該外部背
200。該保護(hù)環(huán)170優(yōu)選地通過定心元件210以該外部背襯構(gòu)件160的 夕卜邊164為中心?？梢詉人識(shí)到，該<呆護(hù)環(huán)170可4吏用帶有彈簧、類似彈簧的 裝置或其他彈性元件220的合適的定心元件210以該外部背襯構(gòu)件 140的外邊164為中心。如圖7所示，該外部背襯構(gòu)件160優(yōu)選地包括 多個(gè)^L或月空體212,其適于容納該定心元4牛210，在該外部背4于構(gòu)^f牛些孔或"空體212具有直徑214,其稍大于該定心it/f牛210的外徑。該 定心元件210適于在上部電才及110、該背^j"構(gòu)件140和該保護(hù)環(huán)170的 熱膨脹和/或收縮過程中控制該外部背襯構(gòu)件160的外邊164和該保 護(hù)環(huán)170的內(nèi)邊172之間的間隙。另夕卜，上部徑向間隙(或外部間隙) 244存在于該4呆護(hù)環(huán)170的外邊174和該等離子限制總成180的內(nèi)邊 182之間。如圖7所示，該保護(hù)環(huán)170直接設(shè)在該外部電極130的上表 面138上，并且通過該定心元件210同心圍繞該背襯構(gòu)件140。該保 護(hù)環(huán)170的外邊174和該限制總成180的內(nèi)邊182之間的徑向間隙244
優(yōu)選地保持在恒定的距離，從而該系統(tǒng)100可運(yùn)行在較寬的溫度范 圍上，這個(gè)范圍在使用期間提供恒定的氣體性能并且為該系統(tǒng)IOO 提供改進(jìn)的性能。4安照一個(gè)實(shí)施例，外部徑向間隙240可包4舌下部徑向間隙 242和上部4圣向間隙244。該下吾M圣向間隙242在it夕卜4卩電才及130的夕卜 邊134和該限制總成180的內(nèi)邊182之間。該上部徑向間隙244在該{呆 護(hù)環(huán)170的外邊174和該限制總成180的內(nèi)邊182之間。對(duì)于300mm上 部電極總成，在該電極總成100使用過程中膨脹和收縮之前，該上 部徑向間隙244^尤選;也為0.0325到0.0375英寸，更^尤選i也大約0.035 英寸，。該下部徑向間隙242優(yōu)選地為大約0.058到0.060英寸，更優(yōu) 選地大約0.059英寸?？梢詉人識(shí)到，由于該上部電4及110、該背襯構(gòu)件140和該 4呆護(hù)環(huán)170所-使用的才才津牛不同，該上部徑向間隙244和該下部徑向間 隙242會(huì)在系統(tǒng)運(yùn)4亍期間變4匕。然而，可以iU只到，通過增加該4呆 護(hù)環(huán)170，可以控制這種差別，乂人而該系統(tǒng)將在4交寬的運(yùn)4亍溫度范 圍上提供改進(jìn)的性能。
可以i人識(shí)到，該保護(hù)環(huán)170優(yōu)選地由與鄰近的晶片區(qū)域等 離子(WAP)限制總成180相同的材料(例如，石英)制成。如圖7 所示，該限制總成180直徑比該^呆護(hù)環(huán)170的外徑173大。在該等離 子室〗吏用或者運(yùn)行期間，該保護(hù)環(huán)170以與包括多個(gè)限制環(huán)1卯(未 示)的該限制總成180相似的速率膨脹和/或收縮。因此，在較寬的 溫度范圍上，該保護(hù)環(huán)170和該包括多個(gè)限制環(huán)190的限制總成180 之間保持恒定的徑向間隙240 ，這個(gè)溫度范圍提供恒定的氣體流動(dòng) 性能?？梢哉J(rèn)識(shí)到，按照一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)170是由具有低 熱膨脹系數(shù)(CTE)、在較寬的溫度范圍上尺寸穩(wěn)定的材料形成?；?者，該-床護(hù)環(huán)170和該限制總成180 (包^舌該多個(gè)限制環(huán)190)可由 具有相似熱膨脹系數(shù)的不同材料形成，以及其中該材料具有絕緣或 者具有介電材料屬性。使用中，該保護(hù)環(huán)17(H吏該保護(hù)環(huán)170和該限 制總成180 (包括該多個(gè)限制環(huán)l卯)之間的該徑向間隙244在改變 該室內(nèi)的運(yùn)行條件過程中的變化最小。按照另 一個(gè)實(shí)施例，該徑向間隙244足夠大以確保該保護(hù) 環(huán)170和該限制總成180 (包^r該多個(gè)限制環(huán)190)不會(huì)在最差情況
公差和最差情況對(duì)準(zhǔn)的組合效應(yīng)下^:此徑向4妄觸。另外，該徑向間
隙244優(yōu)選地保持最小的間隙，為了最佳的室性能其在氣體流動(dòng)^各 徑的區(qū)域中將氣體傳導(dǎo)保持在盡可能低的程度。另外，該^呆護(hù)環(huán)170和該上部電才及背^"構(gòu)^牛140之間的該 徑向間隙200可以最小化，從而可以更好地控制公差。如上所述， 該內(nèi)部間隙200優(yōu)選地配置為這樣，即該保護(hù)環(huán)170和該上部背板構(gòu) 4牛140在<吏用期間不會(huì)4皮此4妾觸?？梢詉人識(shí)到，通過^f呆持該外部背 襯構(gòu)件160的外邊164和該保護(hù)環(huán)170的內(nèi)邊172之間的內(nèi)部間隙 200,可以避免在包括最差情況爿>差和最差情況對(duì)準(zhǔn)的組合狀況下 接觸。另外，可以認(rèn)識(shí)到，該上部電極背襯構(gòu)件140在系統(tǒng)運(yùn)行范圍熱膨月長期間，可以避免該背^"構(gòu)件140和該〗呆護(hù)環(huán)之間的4^觸。
另外，該保護(hù)環(huán)170最小化該上部電極背襯構(gòu)件140外部環(huán)形表面暴
露于該等離子的自由基團(tuán)和離子轟擊的視角因數(shù)。按照一個(gè)實(shí)施
例，對(duì)于由鋁組成的背坤于構(gòu)件140,可以消除和/或最小〗匕在該背4于 構(gòu)件140的表面行形成氟化鋁。該保護(hù)環(huán)170適于最小化或消除該保護(hù)環(huán)170和該支撐上 部電極的硅表面之間任何軸向間隙，從而該保護(hù)環(huán)170可以保護(hù)該 硅上部電極110和該背板或背襯構(gòu)件140之間暴露的粘合線不會(huì)受 到該等離子的自由基團(tuán)和離子轟擊的侵蝕作用。另夕卜，可以認(rèn)識(shí)到， 該保護(hù)環(huán)170還可以最小化或消除工藝氣體流過該暴露的粘合線以 優(yōu)化室性能。按照另 一 個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)170還可最小化該保護(hù)環(huán) 170和該熱控制構(gòu)件102之間的軸向間隙?？梢哉J(rèn)識(shí)到，該保護(hù)環(huán)170 還可使得該熱控制構(gòu)件102表面暴露于等離子的自由基團(tuán)和離子轟 擊的程度最小。按照進(jìn)一步的實(shí)施例，將保護(hù)環(huán)170增加到該等離子蝕刻 室和該背襯構(gòu)件140以及通過控制上述全部因素，可以消除該上部 電極背襯構(gòu)件140和該限制環(huán)190之間的電弧放電或等離子點(diǎn)燃。圖8示出按照另一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)的剖視圖。如圖8 所示，該4呆護(hù)環(huán)170具有傾4+的下邊175 (或倒角面)，其乂人該內(nèi)邊 172延伸至該下表面176。該內(nèi)邊172和該外邊174優(yōu)選地具有大約 0.332至0.372英寸的高度177,更優(yōu)選地大約0.342至0.362英寸以及 最優(yōu)選地大約0.352英寸，寬度179為大約0.140至0.150英寸，更優(yōu)選 地大約0.142至0.147英寸，以及最優(yōu)選地大約0.145英寸。該傾斜的
離，更優(yōu)選地大約O.IOO，并且與該內(nèi)邊形成大約50至70度的角度，更優(yōu)選地大約60度。4安照一個(gè)實(shí)施例，該內(nèi)邊172、該外邊174、該
角，半徑在大約0.025至0.010之間?？梢詉人識(shí)到，在該內(nèi)邊172和該 下邊175相交的角，該角包括最大大約0.005英寸的邊折。圖9示出按照另 一個(gè)實(shí)施例，該上部電極110和具有圍繞 外部上部背板構(gòu)件160的保護(hù)環(huán)170的背襯構(gòu)件140的一部分的剖視 圖。如圖9，該系統(tǒng)包括"隊(duì)護(hù)環(huán)170，其具有/人該^呆護(hù)環(huán)170的內(nèi)邊
圓環(huán)230形式的定心元件21(H殳在該外部電才及160的外邊164和該保 護(hù)環(huán)170的傾斜的下邊175之間，并且設(shè)在該外部電極130的上表面 138上。該圓環(huán)230優(yōu)選地是由Teflon⑧(聚四氟乙烯(PTFE))、氟 化聚合物材料、聚酰亞胺(如Vespe1⑧)或其他合適的聚合或類似 聚合材料形成的中空環(huán)?？梢哉J(rèn)識(shí)到，如果由于其他因素而不能4吏 用PDFE材料，那么優(yōu)選具有最低摩擦系數(shù)的材料。該圓環(huán)230用來 在該背襯構(gòu)件和該保護(hù)環(huán)17(H吏用過程中的熱膨月長和收縮期間、在 該保護(hù)環(huán)170的整個(gè)周長保持該外部背襯構(gòu)件和該保護(hù)環(huán)170之間 均一的間^巨200。按照?qǐng)D9所述的實(shí)施例，該保護(hù)環(huán)170優(yōu)選地不擱在或置 于該上部或外部電才及110、 130的上表面138上。優(yōu)化表面172、 175 之間的角度以及表面176和138之間的間隙以確保表面176在所有的 熱和公差條件下不接觸或不形成接觸。可以認(rèn)識(shí)到該圓環(huán)230還可 以阻擋任何到該上部電極粘合劑和該外部圓錐表面的視線或氣體 流動(dòng)^4圣，其防護(hù)該上部電^l粘合劑不受等離子的自由基團(tuán)和離子 轟擊腐蝕影響。另外，這保護(hù)該上部電極背板外部表面不受等離子 的自由基團(tuán)和離子轟擊暴露影響，以及沒有相關(guān)的氟化鋁形成。已經(jīng)參照多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明。然而，對(duì)于本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不背離本發(fā)明主旨的情況下，還可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為不同于所述的其他具體形式。該優(yōu)選實(shí)施例是 說明性的，無論如何不能認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求鄉(xiāng)合出，而不是前面的描述，并且落入4又利要求范圍的所有變 化和等同方式均包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體基片處理中使用的等離子反應(yīng)室的電極總成包括上部電極；背襯構(gòu)件，該背襯構(gòu)件可貼附于該上部電極的上表面；以及外環(huán)，其圍繞該背襯構(gòu)件的外部表面并位于該上部電極的上表面之上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中；(a)該外環(huán)由石英組成；(b)該背^H"構(gòu)件由鋁或鋁合金組成；(c)該上部電^f及由單晶 石圭組成；和/或(d)該上部電才及包括內(nèi)部電極和外部電才及。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的總成，其中該外部電極包括多個(gè)段，形 成外部電極環(huán)以及在該多個(gè)段的每個(gè)的分界面處具有重疊表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中(a)該背襯構(gòu)件包括內(nèi)部 背襯構(gòu)件和外部背襯構(gòu)件；(b )粘合材料將該上部電極的上表 面貼附到該背襯構(gòu)件；和/或(c)該上部電極由單晶硅組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中該外環(huán)具有矩形截面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中該外環(huán)具有內(nèi)緣，其包括上 部垂直表面和下部傾殺+表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中該外環(huán)的下表面在該上部電 才及的上表面的夕卜面延伸。
8. 沖艮據(jù);〖又利要求7所述的總成，其中(a)該外環(huán)具有大體上矩形截面；(b)該背襯構(gòu)件由鋁或鋁合金組成；該電極由單晶硅組成；和/或(d)該外環(huán)由石英組成。
9. 一種在半導(dǎo)體基片處理中使用的等離子反應(yīng)室的電極總成的保護(hù)環(huán)，其中該電極總成包括粘結(jié)到背襯構(gòu)件的噴頭電極和圍繞該電極總成的限制環(huán)總成，該保護(hù)環(huán)包括保護(hù)環(huán)，配置為安裝在該背襯構(gòu)件的外緣和該限制環(huán)總成的內(nèi)》彖之間，該4呆護(hù)環(huán)具有適于覆蓋在該上部電才及的上表面的下表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的保護(hù)環(huán)，其中該保護(hù)環(huán)由石英組成，并且可選i也在其內(nèi)*彖上包4舌纟余層。
11. 一種使保護(hù)環(huán)以電極總成的背村構(gòu)件為中心的方法，其中該背襯構(gòu)件粘結(jié)到在半導(dǎo)體基片處理等離子反應(yīng)室中生成等離子的電才及，-該方';去包4舌將該 <呆護(hù)環(huán)圍繞該背襯構(gòu)件的外部表面"i殳置，乂人而該保護(hù)環(huán)的下表面覆蓋該上部電極的上表面。
12. 4艮據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括將該電才及總成安裝在該等離子室中。
13. —種在包括權(quán)利要求1的電極總成的等離子室中處理半導(dǎo)體基片的方法，包括將半導(dǎo)體基片支撐在該等離子室的下部電極上，該下部電才及由間隙與該上部電才及隔開；將工藝氣體提供進(jìn)入該間隙并且將該工藝氣體激勵(lì)為等離子；和利用該等離子處理該半導(dǎo)體基片。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該等離子由等離子限制環(huán)總成限制在該間隙中，并且在該處理期間，該外環(huán)^f呆持該電擬^總成和該等離子限制環(huán)總成之間預(yù)先確定的距離。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該外環(huán)防止該等離子攻擊該背襯構(gòu)4牛和該上部電4及之間的粘合劑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該處理包括等離子蝕刻。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在該處理期間，將RF偏壓施加到該半導(dǎo)體基片。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在該處理期間，該外環(huán)以與該等離子限制環(huán)總成的限制環(huán)相同的速率熱膨月長。
19. 才艮據(jù)—又利要求14所述的方法，其中該外環(huán)和該等離子限制環(huán)總成的限制環(huán)由石英組成。
全文摘要
一種用于在半導(dǎo)體基片處理中使用的等離子反應(yīng)室的電極總成。該總成包括上部電極、貼附到該上部電極的上表面的背襯構(gòu)件和外環(huán)。該外環(huán)圍繞該背襯構(gòu)件的外部表面并且位于該上部電極的上表面之上。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101529561SQ200780038473
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者丹尼爾·布朗, 沙魯巴·J·烏拉爾, 迪安·J·拉松 申請(qǐng)人:朗姆研究公司