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等离子体处理室中的气体进给嵌件及其实现方法

阅读:0发布:2021-01-28

专利汇可以提供等离子体处理室中的气体进给嵌件及其实现方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种被构造为置于穿过 电极 的组件的通道中的气体进给嵌件包括第一嵌件端部,在第一嵌件端部中具有与所述气体进给嵌件的线性轴平行对齐的第一钻孔。所述气体进给嵌件进一步包括在所述第一嵌件端部对面的第二嵌件端部,所述第二嵌件端部中具有与所述气体进给嵌件的线性轴平行对齐的第二钻孔,所述气体进给嵌件还包括与第一钻孔和第二钻孔气流连通的钻孔到钻孔连通通道。所述钻孔到钻孔连通通道形成在所述气体进给嵌件的外表面中以便在气体从第一嵌件端部流动穿过钻孔到钻孔连通通道到第二嵌件端部时阻碍视线。,下面是等离子体处理室中的气体进给嵌件及其实现方法专利的具体信息内容。

1.一种被构造为置于穿过电极的组件的通道中的气体进给嵌件,其包括第一嵌件端部,其中具有与所述气体进给嵌件的线性轴平行对齐的第一钻孔;
在所述第一嵌件端部对面的第二嵌件端部,所述第二嵌件端部中具有与所述气体进给嵌件的所述线性轴平行对齐的第二钻孔;以及
与所述第一钻孔和所述第二钻孔气流连通的钻孔到钻孔连通通道,所述钻孔到钻孔连通通道被形成在所述气体进给嵌件的外表面中以便在气体从所述第一嵌件端部流动穿过所述钻孔到钻孔连通通道到所述第二嵌件端部时阻碍视线。
2.如权利要求1所述的气体进给嵌件,其中所述气体连通通道其中所述钻孔到钻孔连通通道是在所述气体进给嵌件的外表面中创建的螺旋通道。
3.如权利要求1所述的气体进给嵌件,其中所述电极表现为多层电极且其中所述气体进给嵌件是具有至少两个不同部分的圆筒形嵌件,所述至少两个不同部分有至少两种不同外径。
4.如权利要求1所述的气体进给嵌件,其进一步包括与所述第一钻孔和所述钻孔到钻孔连通通道联接的至少一个横向通道。
5.如权利要求4所述的气体进给嵌件,其中所述至少一个横向通道被设置为与所述第一钻孔正交
6.如权利要求4所述的气体进给嵌件,其中所述至少一个横向通道被设置为与所述第一钻孔成度,而不是平行于所述第一钻孔。
7.如权利要求4所述的气体进给嵌件,其中所述至少一个横向通道还联接到所述第二钻孔。
8.如权利要求1所述的气体进给嵌件,其中所述第一钻孔的横截面尺寸没有大到足以在RF功率被提供到所述电极的组件的至少一部分时在所述第一钻孔中维持等离子体
9.如权利要求1所述的气体进给嵌件,其进一步包括构建到所述气体进给嵌件的外表面中的至少一个肩部以在所述气体进给嵌件被组装到所述电极的组件的所述通道中时帮助在Z方向上对齐所述气体进给嵌件。
10.如权利要求1所述的气体进给嵌件,其中所述气体进给嵌件由两个在组装之前在物理上分开的分段形成,所述第一钻孔设置在第一分段中,所述第二钻孔至少部分设置在第二分段中。
11.一种用于制造具有至少一个等离子体处理室的等离子体处理系统的方法,所述等离子体处理室包括电极的组件,所述方法包括:
提供气体进给嵌件,所述气体进给嵌件具有至少
第一嵌件端部,其中具有与所述气体进给嵌件的线性轴平行对齐的第一钻孔;
在所述第一嵌件端部对面的第二嵌件端部,所述第二嵌件端部中具有与所述气体进给嵌件的所述线性轴平行对齐的第二钻孔;以及
与所述第一钻孔和所述第二钻孔气流连通的钻孔到钻孔连通通道,所述钻孔到钻孔连通通道被形成在所述气体进给嵌件的外表面中以便在气体从所述第一嵌件端部流动穿过所述钻孔到钻孔连通通道到所述第二嵌件端部时阻碍视线;
将所述气体进给嵌件置于所述电极的组件中的孔中;以及
将所述电极组装在所述等离子体处理室中。
12.如权利要求11所述的方法,其中所述气体连通通道其中所述钻孔到钻孔连通通道是在所述气体进给嵌件的外表面中创建的螺旋通道。
13.如权利要求11所述的方法,其中所述电极表现为多层电极且其中所述气体进给嵌件是具有至少两个不同部分的圆筒形嵌件,所述至少两个不同部分有至少两种不同外径。
14.如权利要求11所述的方法,其中所述气体进给嵌件进一步包括与所述第一钻孔和所述钻孔到钻孔连通通道联接的至少一个横向通道。
15.如权利要求14所述的方法,其中所述至少一个横向通道被设置为与所述第一钻孔正交。
16.如权利要求14所述的方法,其中所述至少一个横向通道还联接到所述第二钻孔。
17.如权利要求11所述的方法,其中所述第一钻孔的横截面尺寸没有大到足以在RF功率被提供到所述电极的组件的至少一部分时在所述第一钻孔中维持等离子体。
18.如权利要求11所述的方法,其中所述气体进给嵌件由两个在组装之前在物理上分开的分段形成,所述第一钻孔设置在第一分段中,所述第二钻孔至少部分设置在第二分段中。
19.一种包括至少一个等离子体处理室的等离子体处理系统,所述等离子体处理室包括:
电极;以及
被构造为置于穿过所述电极的组件的通道中的气体进给嵌件,其包括
第一嵌件端部,其中具有与所述气体进给嵌件的线性轴平行对齐的第一钻孔;
在所述第一嵌件端部对面的第二嵌件端部,所述第二嵌件端部中具有与所述气体进给嵌件的所述线性轴平行对齐的第二钻孔;以及
与所述第一钻孔和所述第二钻孔气流连通的钻孔到钻孔连通通道,所述钻孔到钻孔连通通道被形成在所述气体进给嵌件的外表面中以便在气体从所述钻孔流动穿过所述钻孔到钻孔连通通道到所述钻孔时阻碍视线。
20.如权利要求19所述的等离子体处理系统,其中所述气体连通通道其中所述钻孔到钻孔连通通道是在所述气体进给嵌件的外表面中创建的螺旋通道。
21.如权利要求19所述的等离子体处理系统,其中所述电极表现为多层电极且其中所述气体进给嵌件是具有至少两个不同部分的圆筒形嵌件,所述至少两个不同部分有至少两种不同外径。

说明书全文

等离子体处理室中的气体进给嵌件及其实现方法

背景技术

[0001] 使用等离子体将衬底(例如,晶片、平板显示器、液晶显示器,等等)加工成用于并入到各种电子产品(例如,智能电话、计算机,等等)中的电子器件(例如,集成电路裸片)已有很长时间。
[0002] 在等离子体处理中,具有一或多个等离子体处理室的等离子体处理系统可被用于处理一或多个衬底。等离子体的产生可使用电容耦合等离子体、电感耦合等离子体、电子回旋技术、微波技术,等等。
[0003] 在一示例性电容耦合等离子体处理室中,晶片可被置于工件固定器(也称为卡盘)上。一般而言,卡盘充当下电极,可对其供应一或多个射频(RF)信号。另一电极(称为上电极)可在衬底上方间隔一定距离设置。衬底上表面和上电极下表面之间的间隙通常形成等离子体产生区域。在典型的方案中,在衬底处理期间,上衬底通常接地,而提供给下电极的RF能量被电容耦合到等离子体。换言之,当反应物气体通过构建在上电极中的气体进给管道释放到等离子体产生区域中时,RF能量可与所释放的反应物气体耦合以在等离子体产生区域中点燃并维持等离子体,用于衬底处理。
[0004] 替代地或另外地,在一些等离子体处理系统中,上电极可用RF能量激励。施加到上电极的RF信号相对于供应给下电极的RF信号的RF频率可具有相同或不同的RF频率。
[0005] 等离子体处理系统设计者所面对的一个挑战是需要将等离子体一直(尤其是在等离子体处理过程中)约束在等离子体产生区域。在上电极有RF能量激励的等离子体处理室中,约束等离子体的需要尤其强烈。
[0006] 这是因为当用RF能量激励上电极时,在接地的室部件和RF激励的上电极之间形成电场。该电场可引起气体进给通道中的反应物气体不希望地点燃成等离子体,气体进给通道如前所述用于将反应物气体提供到等离子体产生区域。
[0007] 为了详细阐述这种现象,应当注意,出于安全原因等,典型等离子体处理室的室壁和许多部分通常是接地的。当上电极被提供RF功率时,电场存在于RF激励的上电极和其上方的接地室部件之间。在横贯电场的气体通道或管道中流动的反应物气体可以被充分激励以在气体通道内或在上电极层和部件之间的间隙容积(interstitial volume)中形成等离子体。这种等离子体是非计划中的且是不希望的,因为它的出现将不可预测性引入了该工艺,且因此往往对蚀刻结果不利。此外,不希望的等离子体往往加速上电极部件的腐蚀,过早导致上电极或等离子体处理系统的故障。
[0008] 控制这种不希望的等离子体形成是本发明的实施方式的许多目标中的一个。附图说明
[0009] 在附图中,本发明通过实施例的方式而非限制的方式进行阐述,其中同样的附图标记表示类似的元件且其中:
[0010] 图1根据本发明的实施方式示出了气体进给嵌件的简图。
[0011] 图2根据本发明的实施方式示出了穿过示例性电容耦合等离子体处理室中的上电极的气体进给嵌件的简化剖视图。
[0012] 图3根据本发明的实施方式示出了用于实现本发明的实施方式的气体进给嵌件的方法。

具体实施方式

[0013] 现在将参考附图所示的本发明的一些实施方式对本发明进行详细描述。在接下来的描述中,许多具体细节被陈述以便提供对本发明的透彻理解。但显而易见的是,对本领域技术人员而言,本发明可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。另一方面,公知的工艺步骤和/或结构没有被详细描述以免不必要地模糊本发明。
[0014] 本发明的实施方式涉及改进的气体进给嵌件,其被构造为置于穿过电极组件的通道中,所述电极组件比如上电极组件,但本发明也适用于其它电极组件,比如下电极组件或辅助电极组件。在一或多种实施方式中,改进的气体进给嵌件具有第一嵌件端部,第一嵌件端部在第二嵌件端部的对面。在每个嵌件端部中设置有钻孔以方便气体流动。所述钻孔平行于嵌件的线性轴而设置。在实施方式中,所述钻孔之一或两个钻孔均可与嵌件的线性轴轴向对齐。
[0015] 嵌件的两个端部中的钻孔不会彼此相遇(meet)。相反,每个钻孔与各自的横向通道(cross channel)联接,所述横向通道又与设置在嵌件的外表面上的钻孔到钻孔连通通道联接。在一或多种实施方式中,横向通道相对于穿过嵌件的端部的钻孔正交或成度。在一或多种实施方式中,钻孔到钻孔连通通道是构建到嵌件的外表面中的螺旋部。以这种方式,端到端气体通道穿过嵌件而创建,其经由两个横向通道和钻孔到钻孔连通通道从第一嵌件端部到第二嵌件端部。
[0016] 在一或多种实施方式中,所述钻孔的直径、所述横向通道的直径和/或所述钻孔到钻孔通道的直径被保持为很小以便防止在这些钻孔和通道中形成等离子体。此外,由于所述钻孔、横向通道和钻孔到钻孔通道在物理上不对齐,所以等离子体不在室的穿过气体进给嵌件的其它部件的视线(line-of-sight)上。
[0017] 在一或多种实施方式中,电极组件是多层电极组件,且气体进给嵌件具有至少两种不同的外径或周长以更好地保护多层电极组件的各个层以免直接暴露于等离子体。
[0018] 参考附图和接下来的讨论可以更好地理解本发明的实施方式的特征和优点。
[0019] 图1根据本发明的实施方式示出了气体进给嵌件100的简图,气体进给嵌件100包括第一嵌件端部102和在该第一嵌件端部对面的第二嵌件端部104。嵌件端部102具有钻孔112,钻孔112自插入口延伸部分地穿过气体进给嵌件100且与气体进给嵌件100的线性轴120对齐,使得钻孔112的底部位于箭头110所指示的位置。同样,嵌件端部104具有钻孔114,钻孔114自插入口延伸部分地穿过气体进给嵌件100且与简化的气体进给嵌件100的线性轴120对齐,使得钻孔114的底部位于箭头116所指示的位置。
[0020] 钻孔到钻孔通道130形成在气体进给嵌件100的外表面132上。在优选实施方式中,钻孔到钻孔通道130是形成在外表面132上的螺旋部,但如果需要,钻孔到钻孔通道130可以简单地是直通道。横向通道142和144用于分别将钻孔112和114联接到钻孔到钻孔通道130。当气体进给嵌件100被置于穿过电极的孔中且贴合地甚或宽松地安装在其中时,进入在第一嵌件端部102处的钻孔112的气体会穿过钻孔112、横向通道142、钻孔到钻孔通道130、横向通道144和钻孔114而在第二嵌件端部104处排出。
[0021] 螺旋形式具有如下优点:当RF能量被供应给电极时,气体从气体进给嵌件的一端部处存在的接地电位到气体进给嵌件的另一端部处存在的RF电位(反之亦然)行进的距离增加。但这种螺旋形式不是绝对要求,因为让钻孔102和104不可见(not line-of-sight)的钻孔到钻孔通道(比如130)的使用已经提供了与防止等离子体对沿着气体流动路径设置的部件和设置于电极背面的部件的损害相关的优点。
[0022] 在优选实施方式中,钻孔112、横向通道142、钻孔到钻孔通道130、横向通道144和钻孔114中的每一个的横截面被设定尺寸使得横截面的尺寸小于在这些部件中点燃和/或维持等离子体所必需的尺寸。本领域技术人员会容易理解,这种横截面的尺寸计算属于等离子体领域的本领域技术人员的技能(基于例如帕邢定律)且会根据例如点燃在给定压强和/或其它参数(例如反应物气体的种类、所供应的RF功率、RF频率,等等)下放出的气体所需的阈值电压在不同的室之间变化。
[0023] 在一或多种实施方式中,钻孔112、横向通道142、钻孔到钻孔通道130、横向通道144和钻孔114中只有一些而不是每一个被设定尺寸使得横截面的尺寸小于在这些部件中点燃和/或维持等离子体所必需的尺寸。
[0024] 在图1的实施方式中,部分170(portion)具有外径180,部分172具有小于外径180的外径182。当沿着+Z方向到-Z方向插入气体进给嵌件100而将气体进给嵌件100置于电极中的孔中时,具有较大外径180的部分170停止在为容纳部分172而设计的较小的孔上,从而沿着Z方向将气体进给嵌件100置于电极内。此外,当沿着-Z向+Z方向观察,邻近部分170的电极材料没有以沿着气体进给嵌件100的外表面延伸的视线的方式暴露。
这是因为部分170的较大的直径180要求电极的容纳气体进给嵌件100的部分170的孔部分大于电极的容纳气体进给嵌件100的部分172的孔部分。因此,邻近部分170的电极材料实质上会凹进去,远离气体进给嵌件的轴,使得这种邻近部分170的电极材料更受保护以避免等离子体的影响,该等离子体可存在于第二嵌件端部104下方或者沿着嵌件的外表面向上渗(seep)。虽然图1只示出了一个这种“凹进去”的特征来保护邻近该特征的电极材料,但如果需要,可以提供具有不同外径尺寸的多个气体进给嵌件部分来保护电极的不同部分。
[0025] 图2根据本发明的实施方式示出了穿过示例性电容耦合等离子体处理室中的上电极的气体进给嵌件100的简化剖视图。虽然示出的是电容耦合等离子体处理室,但应当知道,本发明可以等同地适用于采用电感耦合等离子体、电子回旋技术、微波技术等的室。
[0026] 在图2中,示出的气体进给嵌件100置于穿过电极组件200的层而创建的孔208中。在图2的实施例的情况下,电极组件200是上电极,但本发明的实施方式可很好地等同适用于其它电极,比如下电极、辅助电极等。在图2的实施例中,电极组件200包括通常由或其它适合材料制成的加热器板210,且可包括用于加热/冷却循环流体的液体通道和/或电阻加热元件。在示例性的室中,加热器板210可接地。
[0027] 由氮化铝或其它适合的绝缘材料制成的电绝缘层212被示出设置在接地的加热器板210和包括两个层216和218的气体分配板214之间,如图所示。层216和218通常由铝或其它适合材料制成。气体分配板214可包括气体歧管230和气体扩散孔232,用于将通过置于孔208中的气体进给嵌件100接收的气体分配到气体分配板214下方的区域以产生等离子体。虽然图2的实施例中未示出,但可在气体分配板214下面设置其中也具有气体扩散孔的层。该硅层或板和/或气体分配板214可以是RF加热的(RF-hot)(即,一者或二者均可被供应RF能量)。从图2可知,电场通过接地的加热器板210和RF加热的气体分配板214之间的电势差而形成,如果没有提供恰当设计的嵌件,便可能点燃孔208中的气体。
[0028] 气体嵌件的使用大大简化了电极组件200中的部件的制造、维护和替换。在电极组件200的每一个孔208中铣削机械加工合适尺寸的偏移气体路径是非常困难且昂贵的。相反,本发明的实施方式仅仅要求:穿过电极组件200创建孔,且由嵌件执行防止在所述孔中形成不希望的等离子体和防止对电极组件200的部件或对设置在电极组件200上方的部件的与视线内等离子体相关的损害的任务。嵌件本身可以廉价地单独制成且独立于较大、较笨重且较昂贵的电极组件。如果嵌件中的任何一个被发现有缺陷或故障,则可置换该嵌件,而不用像在偏移气体路径被集成到电极组件本身中的情况那样不得不置换整个电极组件。当使用不同的反应物气体、不同的RF功率方案(regime)、不同的RF频率和气体通道的横截面需要变成较小的横截面以防止在气体通道中形成不希望的等离子体时,可以简单地置换嵌件。
[0029] 在图1和2的实施例中,气体进给嵌件由合适的陶瓷(比如化铝)制成。但也可采用其它合适的材料,比如石英或塑料。在实施例中,气体进给嵌件中的气体通道的横截面尺寸为约0.062英寸。
[0030] 在图2中,有弹性的O形环或垫圈250、252和254被提供以防止逸出孔208的任何气体渗入在电极组件200的子部件之间的间隙裂缝或区域。为了辅助制造和/或组装,如果需要,气体进给嵌件可制成不同的分段(section)(比如图2所示的两个分段260和262)或者制成3个或4个或更多个分段。为了帮助组装和/或对齐过程,可在电极组件主体中提供同中心O形环从而在电极组件与气体进给嵌件组装在一起时帮助将气体进给嵌件分段保持在恰当位置和/或使气体进给嵌件分段处于电极组件孔的中心。
[0031] 例如,可使用由弹性材料制成的同中心O形环270来使气体进给嵌件分段260保持在恰当位置且相对于安装气体进给嵌件分段260的孔处于中心位置。可以使用肩部272通过在将加热器板210和绝缘层212配对在一起之前从下面将气体进给嵌件分段260插入加热器板210中的孔时在加热器板210中沿着Z方向自动对齐气体进给嵌件分段260来简化组装。通过使用肩部272和同中心O形环270的组合,组装可被大大简化,因为气体进给嵌件分段260通过同中心O形环相对于孔被自动地轴向对齐且通过停靠在构建到电极主体材料中的互补架(complimentary shelf)上的肩部272的操作在Z方向上对齐。
[0032] 从图2可见,在第一端部202进入钻孔112的反应物气体从接地RF电位的区域(因为加热器板210通常是接地的)移动到钻孔114的开口附近的RF加热区域(因为气体分配板214通常是RF加热的)。通过借助横向通道和/或非视线螺旋部(nonline-of-sight spiral)使气体移动的路径更长,气体分子穿过电场的路径较长,这降低了点燃的趋势。从图2还可看到,气体进给嵌件不需要跨越电极组件的整个厚度才有效,因为非视线的优点不论嵌件长度如何都会保有。在本发明的实施方式中,非视线的优点在某种程度上通过偏移钻孔并用横向通道和设置在气体进给嵌件的外表面上的任选的钻孔到钻孔通道连接它们而获得。此外,每个钻孔和/或螺旋部和/或钻孔到钻孔通道的长度可根据需要变化,具体取决于室。
[0033] 图3根据本发明的实施方式示出了用于实现本发明的实施方式的气体进给嵌件的方法。在步骤302中,提供气体进给嵌件,该气体进给嵌件具有部分穿过嵌件的长度而创建且相对于气体进给嵌件的线性轴平行或对齐或居中设置的两个钻孔。该气体进给嵌件还具有横向通道以连接这些线性钻孔和设置在气体进给嵌件的外表面上的钻孔到钻孔通道。气体进给嵌件可任选地具有不同的分段,所述不同的分段具有不同的外径以保护电极的不同部分,如前所述。
[0034] 在步骤304中,气体进给嵌件被置于等离子体处理室的电极中的孔中。如果气体进给嵌件由不同的分段形成,则气体进给嵌件的不同分段可在将电极组件组装在一起作为一个部件之前被置于电极的不同层或分中。在步骤306中,其中具有气体进给嵌件的电极被置于等离子体处理室中。在步骤308中,用RF能量激励电极以在室中处理一或多个衬底,同时反应物气体流过气体进给嵌件并被提供到等离子体处理室的等离子体产生区域以产生等离子体从而处理衬底。
[0035] 由上可知,本发明的实施方式有利地防止了对电极的部件和/或电极附近或后面的部件的与视线内等离子体相关的损害。此外,本发明的实施方式使用其执行、制造、维持和/或替换是简单、高效且符合成本效益的方法和装置来防止在气体进给通道中形成不希望的等离子体。
[0036] 虽然已根据若干优选实施方式描述了本发明,但还有落在本发明的范围内的变化方案、置换方案和等同方案。虽然本文提供了各种实施例,但本意是这些实施例对本发明而言是说明性的而非限制性的。此外,本文为方便起见提供了标题和概要,但不应当被用于解释本文的权利要求的范围。进一步地,摘要以高度浓缩的形式写就且在本文中为方便起见而提供,因此不应当被用于解释或限制权利要求中所表述的整个发明。如果本文使用了术语“成组的(set)”,那么这种术语意在表示其通常理解的数学意义,涵盖零个、一个或多于一个的元素。还应当注意,有许多实现本发明的方法和装置的替代方式。因此,接下来所附的权利要求书意在被解释为包括所有这样的落在本发明的真实精神和范围内的变化方案、置换方案和等同方案。
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