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等离子体暴露面有原位形成保护层的等离子体处理室部件

阅读:695发布:2020-12-23

专利汇可以提供等离子体暴露面有原位形成保护层的等离子体处理室部件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 等离子体 暴露面有原位形成保护层的等离子体 处理室 部件,具体而言,一种等离子体处理室的部件,所述部件在其等离子体暴露表面上具有液体保护层。所述液体保护层可以通过供应液体到液体通道并且经由所述部件中的液体供给通道输送所述液体来被补充。所述部件可以是边缘环,所述边缘环包围被 支撑 在所述等离子体处理设备中的衬底 支架 上的 半导体 衬底,其中等离子体产生并用于处理所述半导体衬底。可替代地,所述液体保护层可以被 固化 或充分冷却以形成固体保护层。,下面是等离子体暴露面有原位形成保护层的等离子体处理室部件专利的具体信息内容。

1.一种等离子体处理室的部件,等离子体在所述等离子体处理室中产生并用于处理半导体衬底,所述部件包括至少一个等离子体暴露表面以及用于供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上以在所述等离子体暴露表面上形成液体保护层的装置。
2.如权利要求1所述的部件,其中,
(a)所述用于供应液体的装置包括所述部件中的液体供给通道,其中所述液体供给通道被配置为分配所述液体到所述部件的所述等离子体暴露表面使得所述液体在所述等离子体暴露表面上形成所述液体保护层;
(b)所述用于供应液体的装置包括在所述部件中的液体通道,其中所述液体通道与所述部件中的所述液体供给通道流体连通,使得所述液体通道能通过所述液体供给通道供应所述液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上;
(c)所述用于供应液体的装置包括所述部件中的第一和第二液体通道,其中所述第一和第二液体通道与第一组和第二组液体供给通道流体连通,使得每个液体通道可以通过所述液体供给通道供应不同的等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面;并且/或者
(d)所述用于供应液体的装置包括所述部件中的液体流入通道和液体流出通道,其中所述液体流入通道和所述液体流出通道与所述部件中的液体通道流体连通,使得被供应到所述部件的液体可以往来于所述部件循环。
3.如权利要求2所述的部件,其中,
(a)所述部件是多孔陶瓷,并且所述液体供给通道是所述多孔陶瓷的孔,并且所述孔被配置为通过所述多孔陶瓷的孔输送所述液体到所述部件的所述等离子体暴露表面;或者(b)所述部件是由金属材料制成的,并且所述液体供给通道是毛细管尺寸的孔的形式,所述毛细管尺寸的孔被配置为输送所述液体到所述部件的所述等离子体暴露表面。
4.如权利要求1所述的部件,其中所述部件是被配置为包围半导体衬底的边缘环,所述半导体衬底被安装在所述等离子体处理室中的衬底支架上,并且
(a)所述边缘环具有倾斜的上表面;
(b)所述边缘环具有平坦上表面;
(c)所述边缘环包括内部环形唇缘;
(d)所述边缘环包括外部环形唇缘;
(e)所述边缘环是由、矾土、氧化石英、硅、化硅、钇铝石榴石、氧化钇、氟化钇、氧化铈、氮化铝、石墨或它们的组合形成;
(f)所述边缘环包括镶嵌其中的一个或多个射频电极
(g)所述边缘环包括加热器;
(h)所述边缘环中形成有台阶;
(i)所述等离子体暴露表面是所述边缘环的垂直表面;并且/或者
(j)所述等离子体暴露表面是所述边缘环的上表面。
5.如权利要求2所述的部件,其中所述部件是包括衬底支撑表面的衬底支架,所述衬底支撑表面以悬挂方式将半导体衬底支撑在所述衬底支架的上表面的凹口上并且所述等离子体暴露表面包围所述凹口。
6.如权利要求5所述的衬底支架,其中,
(a)所述等离子体暴露表面是所述衬底支架的倾斜上表面;
(b)所述等离子体暴露表面是所述衬底支架的平坦上表面;
(c)所述等离子体暴露表面上形成有台阶,其中所述台阶由所述衬底支架的上表面上的所述凹口限定;
(d)所述等离子体暴露表面是所述衬底支架的垂直表面;
(e)所述等离子体暴露表面是所述衬底支架的上表面;
(e)所述衬底支架包括内部环形唇缘;并且/或者
(f)所述衬底支架包括外部环形唇缘。
7.如权利要求1所述的部件,其中,
(a)所述部件是由氧化铝、矾土、氧化硅、石英、硅、碳化硅、钇铝石榴石、氧化钇、氟化钇、氧化铈、氮化铝、石墨或它们的组合形成;并且/或者
(b)所述部件包括在其等离子体暴露表面上的微型槽,其中所述微型槽被配置为引导被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面的液体。
8.一种等离子体处理室的衬底支撑组件,等离子体在所述等离子体处理室中产生并被用于处理半导体衬底,所述衬底支撑组件包括如权利要求4所述的边缘环。
9.一种半导体等离子体处理设备,包括:
真空室,各个半导体衬底在所述真空室中被处理;
与所述真空室流体连通的处理气体源,其用于供应处理气体到所述真空室中;
射频能量源,其适于在所述真空室中将所述处理气体激发成等离子体状态;
如权利要求1所述的部件,其中所述用于供应所述等离子体相容液体的装置包括所述部件中的供给通道;以及
液体源,其输送所述等离子体相容液体到所述供给通道。
10.如权利要求9所述的半导体等离子体处理设备,其中,
(a)所述设备是电感耦合等离子体处理设备;
(b)所述设备是电容耦合等离子体处理设备;
(c)所述设备是电子回旋共振等离子体处理设备;
(d)所述设备是螺旋波等离子体处理设备;或者
(e)所述设备是微波等离子体处理设备。
11.如权利要求9所述的半导体等离子体处理设备,其中,
(a)所述等离子体相容液体以预定压被存储在所述液体源中,使得所述液体源与所述真空室之间的压差迫使所述液体朝着所述部件的所述等离子体暴露表面流入所述液体供给通道中,其中所述预定压力可以被控制使得所述部件的所述等离子体暴露表面上的液体层的厚度可以维持在预定厚度;或者
(b)所述液体源包括,其中所述泵被配置为朝着所述部件的所述等离子体暴露表面泵送所述等离子体相容液体,使得所述部件的所述等离子体暴露表面上的液体的厚度可以维持在预定厚度。
12.如权利要求9所述的半导体等离子体处理设备,其中,
(a)所述部件是边缘环;
(b)所述部件与衬底支撑组件的粘结层相邻,其中被供应到与所述粘结层相邻的所述部件的所述等离子体暴露表面上的所述等离子体相容液体被配置为供应到所述等离子体暴露表面使得所述液体覆盖所述粘结层;并且/或者
所述部件与封边相邻,所述封边被配置为包围所述衬底支撑组件的粘结层,其中被供应到与所述封边相邻的所述部件的所述等离子体暴露表面上的所述等离子体相容液体被配置为供应到所述等离子体暴露表面使得所述液体覆盖所述封边。
13.如权利要求9所述的半导体等离子体处理设备,其中,
(a)所述等离子体相容液体是可固化液体;
(b)所述等离子体相容液体包括在所述部件的所述等离子体暴露表面上彼此发生反应以形成固化材料的固化层的两种单独的液体;
(c)所述等离子体相容液体是可流动的氧化物前体;
(d)所述等离子体相容液体是硅树脂基液体;
(e)所述等离子体相容液体是离子流体;
-6
(f)所述等离子体相容液体在约20℃具有约10 托以下的蒸气压力;
(g)所述等离子体相容液体是全氟聚醚;
(h)所述等离子体相容液体具有约800g/mol至5,000g/mol的分子量;
(i)所述等离子体相容液体具有大于约1,000g/mol的分子量;
(j)所述等离子体相容液体在约120℃以下的温度形成固体;
(k)所述等离子体相容液体在约80℃以下的温度形成固体;并且/或者
(l)所述等离子体相容液体选自由以下各项组成的组:苯基甲基硅氧烷,二甲基环硅氧烷,四甲基四苯基三硅氧烷,五苯基三甲基三硅氧烷,1-乙基-3-甲基咪唑双{(三氟甲基)磺酰基}酰胺,1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺,氢氟乙烯,四氟乙烯,全氟氧杂环丁烷,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-丁基-3,5-二甲基吡啶溴化物,1-丁基-3-甲基咪唑-六氟磷酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑碘化物,1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,
1-丁基-3-甲基咪唑甲基碳酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑辛基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氯铝,1-丁基-3-甲基咪唑四氟酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸酯,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰胺,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑氯化物,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑二氰胺,1-癸基-3-甲基咪唑氯化物,1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1,3-二乙氧基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二乙氧基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二羟基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二羟基-2-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二甲氧基-2-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基-2-甲基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二甲基咪唑二甲基磷酸酯,1,3-二甲基咪唑甲烷磺酸盐,1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐,1,2-二甲基-3-丙基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,2-二甲基-3-丙基咪唑三(三氟甲基磺酰)甲基化物,1-十二烷基-3-甲基咪唑碘化物,1-乙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑氯化物,1-乙基-2,3-二甲基咪唑乙基硫酸盐,
1-乙基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑碳酸甲酯,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑基醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑(S)-2-氨基丙酸酯,
1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑溴化物,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二丁基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二甲基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸氢盐溶液,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑氢氧化物溶液,1-乙基-3-甲基咪唑碘化物,1-乙基-3-甲基咪唑L-(+)-乳酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基-咪唑甲基碳酸盐溶液,1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑1,1,2,2-四氟乙烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-己基-3-甲基咪唑氯化物,1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-己基-3-甲基咪唑碘化物,1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-己基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐,1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑二氰胺,1-甲基咪唑氯化物,1-甲基咪唑硫酸氢盐,1-甲基-3-辛基咪唑氯化物,1-甲基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐,1-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐,1-甲基-3-辛基咪唑三氟甲磺酸盐,
1-甲基-3-丙基咪唑碘化物,1-甲基-3-丙基咪唑碳酸甲酯溶液,1-甲基-3-(3,3,4,4,5,
5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)咪唑六氟磷酸盐,1-甲基-3-乙烯基咪唑碳酸甲酯溶液,
1,2,3-三甲基咪唑硫酸甲酯,1,2,3-三甲基咪唑三氟甲磺酸酯丙烯酰胺,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑氢氧化物溶液,1-乙基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-甲基咪唑氯化物,1-甲基咪唑硫酸氢盐,α,α-[(甲基-9-十八碳烯基亚氨基)二-2,1-乙二基]二(ω-羟基)-聚(氧-1,2-乙二基)甲基硫酸盐,1,2,3-三甲基咪唑硫酸甲酯,1,2,4-三甲基吡唑甲基硫酸盐,四丁基鏻甲磺酸酯,四丁基鏻四氟硼酸盐,四丁基鏻对甲苯磺酸酯,三丁基甲基鏻磷酸二丁酯,三丁基甲基鏻碳酸甲酯溶液,三丁基甲基鏻硫酸甲酯,三乙基甲基鏻磷酸二丁酯,三己基十四烷化鏻双(三氟甲基磺酰)酰胺,三己基十四烷化鏻双(2,4,4-三甲基戊基)次膦酸,三己基十四烷化鏻溴化物,三己基十四烷化鏻氯化物,三己基十四烷化鏻癸酸盐,三己基十四烷化鏻双氰胺,3-(三苯基磷)丙烷-1-磺酸酯,3-(三苯基磷)丙烷-1-磺酸甲苯磺酸酯,
1-丁基-1-甲基哌啶四氟硼酸盐,1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基哌啶六氟磷酸盐,4-乙基-4-甲基吗啉甲基碳酸盐溶液,1,2,3-三(二乙基氨基)环丙基双(三氟甲烷磺酰)亚胺,1,2,3-三(二乙基氨基)环丙基二氰胺,环丙基二苯基锍四氟硼酸盐,三乙基锍双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基吡咯溴化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷氯化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷二氰胺,1-丁基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐,1-丁基-1-甲基吡咯烷碘化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷甲基碳酸盐溶液,1-丁基-1-甲基吡咯烷四氟硼酸盐,1-丁基-1-甲基吡咯烷三氟甲磺酸盐,1-乙基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-乙基-1-甲基吡咯烷溴化物,1-乙基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐,1-乙基-1-甲基吡咯烷四氟硼酸盐,
1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-4-甲基吡啶六氟磷酸盐,1-丁基-4-甲基吡啶碘化物,1-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐,1-丁基吡啶溴化物,1-(3-氰基丙基)吡啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-(3-氰基丙基)吡啶氯化物,1-乙基吡啶四氟硼酸盐,N-乙基吡啶溴化物-d10,3-甲基-1-丙基吡啶双(三氟甲磺酰)亚胺,1,2,4-三甲基吡唑甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,
1-乙基-3-甲基咪唑二氰酰胺,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,三-(2-羟乙基)甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸酯,1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸甲酯,1-丁基-3-甲基咪唑碳酸甲酯,苄基二甲基四癸基无氯化铵,苄基三甲基铵三溴化丙烯酰胺,丁基三甲基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,二乙基甲基(2-甲氧基乙基)铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,乙基二甲基丙基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,2-羟乙基-三甲基铵L-(+)-乳酸盐,甲基-三-十八烷基溴化铵,甲基三辛基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,甲基三辛基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,甲基三辛基硫酸氢铵,甲基三辛基硫代水杨酸铵,苯甲酸四丁基铵,四丁基铵双-三氟甲烷磺酰亚胺,四丁基铵十七碳氟辛烷磺酸盐,四丁基氢氧化铵30-水合物,四丁基甲磺酸铵丙烯酰胺,四丁基亚硝酸铵,四丁基全氟丁烷磺酸铵,四丁基铵琥珀酰亚铵,苯硫酚四丁基铵,四丁基铵三溴化丙烯酰胺,四丁基铵三碘化物,四溴十二烷基铵,四氯十二烷基铵,四溴丙烯酰胺十六烷基铵,四溴己基铵丙烯酰胺,四己基硫酸氢铵,四己基碘化铵,四己基四氟硼酸铵,四(癸基)溴化铵,四甲基氢氧化铵五水合物,四辛基溴化铵丙烯酰胺,三丁基甲基氯化铵,三丁基甲基二丁基磷酸铵,三丁基甲基铵碳酸甲酯,三丁基甲基铵硫酸甲酯,三(2-羟乙基)甲基铵硫酸甲酯,三乙基甲基铵二丁基磷酸酯,三乙基甲基铵碳酸甲酯,醋酸胆,1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,
1-烯丙基-3-甲基咪唑溴化物,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物,1-烯丙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-烯丙基-3-甲基咪唑碘化物,1-苄基-3-甲基咪唑氯化物,1-苄基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-苄基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1,3-双(氰基甲基)咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-双(氰基甲基)咪唑氯化丙烯酰胺,1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯化物,1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐,1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐,4-(3-丁基-1-咪唑基)-1-丁烷磺酸盐,4-(3-丁基-1-咪唑基)-1-丁烷酸三氟甲烷磺酸酯,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-丁基-3-甲基咪唑溴化物,
1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯,1-丁基-3-甲基咪唑六氟锑酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,以及它们的混合物。
14.一种在真空室中处理半导体衬底时在等离子体处理设备的部件的等离子体暴露表面上形成液体保护层的方法,所述方法包括从液体源供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上以便在所述部件的所述等离子体暴露表面上形成液体保护层,其中形成所述液体保护层的所述液体在对所述真空室中的半导体衬底进行等离子体处理期间被原位补充到所述部件的所述等离子体暴露表面。
15.如权利要求14所述的方法,进一步包括:
(a)控制所述液体源与所述真空室之间的压差,使得所述液体源与所述真空室之间的所述压差迫使所述部件中的液体供给通道中的液体朝着所述等离子体暴露表面流动,其中所述压差在处理所述半导体衬底期间能在所述部件的所述等离子体暴露表面上维持预定厚度的所述液体层;或者
(b)朝着所述部件的所述等离子体暴露表面泵送所述液体源中的液体并且在处理所述半导体衬底期间在所述等离子体暴露表面上维持预定厚度的所述液体层。
16.如权利要求14所述的方法,其中,
(a)所述等离子体相容液体被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面,使得所述液体保护层具有约0.5微米至4,000微米的厚度;
(b)所述等离子体相容液体被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面,使得所述液体保护层具有约100微米或更大的厚度;
(c)所述等离子体相容液体被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面上的微型槽中使得被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面上的所述液体被所述微型槽引导;
(d)所述等离子体相容液体是可流动的氧化物前体;
(e)所述等离子体相容液体是离子流体;
-6
(f)所述等离子体相容液体在约20℃具有约10 托以下的蒸气压力;
(g)所述等离子体相容液体是全氟聚醚;
(h)所述等离子体相容液体具有约800g/mol至5,000g/mol的分子量;
(i)所述等离子体相容液体具有大于约1,000g/mol的分子量;
(j)所述等离子体相容液体在约120℃以下的温度形成固体;
(k)所述等离子体相容液体在约80℃以下的温度形成固体;并且/或者
(l)所述等离子体相容液体选自由以下各项组成的组:苯基甲基硅氧烷,二甲基环硅氧烷,四甲基四苯基三硅氧烷,五苯基三甲基三硅氧烷,1-乙基-3-甲基咪唑双{(三氟甲基)磺酰基}酰胺,1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺,氢氟乙烯,四氟乙烯,全氟氧杂环丁烷,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-丁基-3,5-二甲基吡啶溴化物,1-丁基-3-甲基咪唑-六氟磷酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑碘化物,1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,
1-丁基-3-甲基咪唑甲基碳酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑辛基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氯铝,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸酯,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰胺,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑氯化物,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑二氰胺,1-癸基-3-甲基咪唑氯化物,1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1,3-二乙氧基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二乙氧基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二羟基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二羟基-2-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二甲氧基-2-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基-2-甲基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二甲基咪唑二甲基磷酸酯,1,3-二甲基咪唑甲烷磺酸盐,1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐,1,2-二甲基-3-丙基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,2-二甲基-3-丙基咪唑三(三氟甲基磺酰)甲基化物,1-十二烷基-3-甲基咪唑碘化物,1-乙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑氯化物,1-乙基-2,3-二甲基咪唑乙基硫酸盐,
1-乙基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑碳酸甲酯,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑氨基醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑(S)-2-氨基丙酸酯,
1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑溴化物,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二丁基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二甲基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸氢盐溶液,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑氢氧化物溶液,1-乙基-3-甲基咪唑碘化物,1-乙基-3-甲基咪唑L-(+)-乳酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基-咪唑甲基碳酸盐溶液,1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑1,1,2,2-四氟乙烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-己基-3-甲基咪唑氯化物,1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-己基-3-甲基咪唑碘化物,1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-己基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐,1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑二氰胺,1-甲基咪唑氯化物,1-甲基咪唑硫酸氢盐,1-甲基-3-辛基咪唑氯化物,1-甲基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐,1-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐,1-甲基-3-辛基咪唑三氟甲磺酸盐,
1-甲基-3-丙基咪唑碘化物,1-甲基-3-丙基咪唑碳酸甲酯溶液,1-甲基-3-(3,3,4,4,5,
5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)咪唑六氟磷酸盐,1-甲基-3-乙烯基咪唑碳酸甲酯溶液,
1,2,3-三甲基咪唑硫酸甲酯,1,2,3-三甲基咪唑三氟甲磺酸酯丙烯酰胺,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑氢氧化物溶液,1-乙基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-甲基咪唑氯化物,1-甲基咪唑硫酸氢盐,α,α-[(甲基-9-十八碳烯基亚氨基)二-2,1-乙二基]二(ω-羟基)-聚(氧-1,2-乙二基)甲基硫酸盐,1,2,3-三甲基咪唑硫酸甲酯,1,2,4-三甲基吡唑甲基硫酸盐,四丁基鏻甲磺酸酯,四丁基鏻四氟硼酸盐,四丁基鏻对甲苯磺酸酯,三丁基甲基鏻磷酸二丁酯,三丁基甲基鏻碳酸甲酯溶液,三丁基甲基鏻硫酸甲酯,三乙基甲基鏻磷酸二丁酯,三己基十四烷化鏻双(三氟甲基磺酰)酰胺,三己基十四烷化鏻双(2,4,4-三甲基戊基)次膦酸,三己基十四烷化鏻溴化物,三己基十四烷化鏻氯化物,三己基十四烷化鏻癸酸盐,三己基十四烷化鏻双氰胺,3-(三苯基磷)丙烷-1-磺酸酯,3-(三苯基磷)丙烷-1-磺酸甲苯磺酸酯,
1-丁基-1-甲基哌啶四氟硼酸盐,1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基哌啶六氟磷酸盐,4-乙基-4-甲基吗啉甲基碳酸盐溶液,1,2,3-三(二乙基氨基)环丙基双(三氟甲烷磺酰)亚胺,1,2,3-三(二乙基氨基)环丙基二氰胺,环丙基二苯基锍四氟硼酸盐,三乙基锍双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基吡咯溴化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷氯化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷二氰胺,1-丁基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐,1-丁基-1-甲基吡咯烷碘化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷甲基碳酸盐溶液,1-丁基-1-甲基吡咯烷四氟硼酸盐,1-丁基-1-甲基吡咯烷三氟甲磺酸盐,1-乙基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-乙基-1-甲基吡咯烷溴化物,1-乙基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐,1-乙基-1-甲基吡咯烷四氟硼酸盐,
1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-4-甲基吡啶六氟磷酸盐,1-丁基-4-甲基吡啶碘化物,1-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐,1-丁基吡啶溴化物,1-(3-氰基丙基)吡啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-(3-氰基丙基)吡啶氯化物,1-乙基吡啶四氟硼酸盐,N-乙基吡啶溴化物-d10,3-甲基-1-丙基吡啶双(三氟甲磺酰)亚胺,1,2,4-三甲基吡唑甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,
1-乙基-3-甲基咪唑二氰酰胺,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,三-(2-羟乙基)甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸酯,1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸甲酯,1-丁基-3-甲基咪唑碳酸甲酯,苄基二甲基四癸基无水氯化铵,苄基三甲基铵三溴化丙烯酰胺,丁基三甲基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,二乙基甲基(2-甲氧基乙基)铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,乙基二甲基丙基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,2-羟乙基-三甲基铵L-(+)-乳酸盐,甲基-三-十八烷基溴化铵,甲基三辛基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,甲基三辛基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,甲基三辛基硫酸氢铵,甲基三辛基硫代水杨酸铵,苯甲酸四丁基铵,四丁基铵双-三氟甲烷磺酰亚胺,四丁基铵十七碳氟辛烷磺酸盐,四丁基氢氧化铵30-水合物,四丁基甲磺酸铵丙烯酰胺,四丁基亚硝酸铵,四丁基全氟丁烷磺酸铵,四丁基铵琥珀酰亚铵,苯硫酚四丁基铵,四丁基铵三溴化丙烯酰胺,四丁基铵三碘化物,四溴十二烷基铵,四氯十二烷基铵,四溴丙烯酰胺十六烷基铵,四溴己基铵丙烯酰胺,四己基硫酸氢铵,四己基碘化铵,四己基四氟硼酸铵,四(癸基)溴化铵,四甲基氢氧化铵五水合物,四辛基溴化铵丙烯酰胺,三丁基甲基氯化铵,三丁基甲基二丁基磷酸铵,三丁基甲基铵碳酸甲酯,三丁基甲基铵硫酸甲酯,三(2-羟乙基)甲基铵硫酸甲酯,三乙基甲基铵二丁基磷酸酯,三乙基甲基铵碳酸甲酯,醋酸胆碱,1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,
1-烯丙基-3-甲基咪唑溴化物,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物,1-烯丙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-烯丙基-3-甲基咪唑碘化物,1-苄基-3-甲基咪唑氯化物,1-苄基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-苄基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1,3-双(氰基甲基)咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-双(氰基甲基)咪唑氯化丙烯酰胺,1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯化物,1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐,1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐,4-(3-丁基-1-咪唑基)-1-丁烷磺酸盐,4-(3-丁基-1-咪唑基)-1-丁烷酸三氟甲烷磺酸酯,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-丁基-3-甲基咪唑溴化物,
1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯,1-丁基-3-甲基咪唑六氟锑酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,以及它们的混合物。
17.如权利要求14所述的方法,其进一步包括使所述液体循环,并且
(a)通过使所述液体循环通过换热器和所述部件中的液体通道来维持所述等离子体暴露表面在受控温度;
(b)使所述液体循环通过过滤器,使得由于处理所述半导体衬底得到的所述液体中的杂质被去除;并且/或者
(c)使所述液体循环通过放电导管,所述放电导管去除由于暴露于所述等离子体而在所述液体中产生的电荷。
18.如权利要求14所述的方法,其中所述液体以足以补偿在对所述半导体衬底进行等离子体处理期间等离子体溶蚀的所述液体层的速率被连续供应到所述等离子体暴露表面。
19.如权利要求14所述的方法,其中所述液体在对所述半导体衬底进行等离子体处理期间被连续供应到所述液体层的上部并且从所述液体层的下部被抽出,并且其中,(a)所述部件的所述等离子体暴露表面与上面支撑有所述半导体衬底的衬底支撑组件的粘结层相邻,使得被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面的液体形成覆盖所述粘结层的环形液体层;
(b)所述部件的所述等离子体暴露表面与包围上面支撑有所述半导体衬底的衬底支撑组件的粘结层的封边相邻,使得被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面的液体形成覆盖所述封边的环形液体层;
(c)所述部件的所述等离子体暴露表面与上面支撑有所述半导体衬底的衬底支架相邻,使得被供应到所述部件的所述等离子体暴露表面的所述液体形成覆盖所述衬底支架的表面的环形液体层;并且/或者
(d)所述部件的所述等离子体暴露表面与被配置为支撑所述半导体衬底的衬底支撑组件相邻,使得所述半导体衬底的外周悬挂在所述衬底支架上,其中所述液体层被维持的厚度足以在暴露于所述等离子体的所述液体层的表面与所述半导体衬底的外周的下表面之间提供预定间隙。
20.如权利要求14所述的方法,其中:
(a)所述部件包括多孔陶瓷材料,并且所述液体通过经由所述多孔陶瓷材料被芯吸到所述等离子体暴露表面而被供应到所述等离子体暴露表面;或者
(b)所述液体通过经由所述部件中的毛细管尺寸的孔被供应到所述等离子体暴露表面。
21.如权利要求14所述的方法,其中所述部件的所述等离子体暴露表面是包围所述半导体衬底的边缘环的上表面和/或侧面。
22.一种在等离子体处理设备中的部件的等离子体暴露表面上原位形成固体保护层的方法,所述等离子体处理设备被配置为在真空室中处理半导体衬底,所述方法包括从液体源供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上以便在所述部件的所述等离子体暴露表面上形成液体保护层,并且固化所述部件的所述等离子体暴露表面上的所述液体保护层,由此所述固体保护层,其中形成所述液体保护层的所述液体是可固化液体。
23.如权利要求22所述的方法,其中所述液体保护层在对所述半导体衬底进行等离子体处理之前被固化在所述等离子体暴露表面上,所述固化的实现方式为:
(a)用所述等离子体的紫外线照射,从而形成所述固体保护层;或者
(b)输送两种液体到所述等离子体暴露表面并且使所述两种液体在所述部件的所述等离子体暴露表面上发生反应以形成固体保护层。
24.如权利要求22所述的方法,其中所述等离子体相容液体是硅树脂基液体,所述硅树脂基液体在固化后形成高纯度硅树脂氧化物固体保护层。
25.如权利要求22所述的方法,其进一步包括在所述真空室中对半导体衬底进行等离子体处理。
26.一种在等离子体处理设备中的部件的等离子体暴露表面上原位形成固体保护层的方法,所述等离子体处理设备被配置为在真空室中处理半导体衬底,所述方法包括:加热等离子体相容固体以形成等离子体相容液体;供应所述等离子体相容液体到所述部件的等离子暴露表面以便在所述部件的所述等离子体暴露表面上形成液体保护层;并且冷却所述部件的所述等离子体暴露表面上的所述液体保护层从而形成所述固体保护层。
27.如权利要求25所述的方法,其进一步包括在所述真空室中对半导体衬底进行等离子体处理。

说明书全文

等离子体暴露面有原位形成保护层的等离子体处理室部件

技术领域

发明涉及一种部件,例如边缘环,其用于等离子体处理设备的等离子体处理室。更具体地讲,本发明涉及一种部件,例如在其至少一个等离子体暴露表面上具有液体保护层的边缘环,其中形成液体保护层的等离子体相容液体在等离子体处理期间被原位补充。

背景技术

[0001] 等离子体处理设备通过使用包括蚀刻、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和光刻胶去除的技术来处理半导体衬底。在等离子体处理中使用的一种等离子体处理设备包括含顶电极和底电极的反应室。在电极之间施加射频(RF)功率以激发处理气体为等离子体,用于处理反应室中的半导体衬底。
[0002] 等离子体处理室的设计者面临的一个挑战是等离子体蚀刻条件对处理室的暴露于等离子体的表面产生显著的离子轰击。这种离子轰击,结合等离子体化学反应和/或蚀刻副产物,会对处理室的等离子体暴露表面产生显著的溶蚀、腐蚀和腐蚀-溶蚀。另一个挑战是控制底电极组件和半导体衬底(例如,衬底)的传热,特别地,使衬底中心的温度等于衬底边缘的温度,或者可替代地,在衬底上形成所需的温度分布。为了减轻这些挑战,实施了一种安装在衬底周围的边缘环组件。

发明内容

[0003] 本文公开了一种等离子体处理室的部件,其中等离子体产生并被用于处理半导体衬底。所述部件包括至少一个等离子体暴露表面以及用于供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上以在所述等离子体暴露表面上形成保护层的装置。
[0004] 本文中还公开了一种在真空室中处理半导体衬底时在等离子体处理设备中的部件的等离子体暴露表面上形成液体保护层的方法。所述方法包括从液体源供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上以在所述部件的所述等离子体暴露表面上形成液体保护层。在真空室中对半导体衬底进行等离子体处理期间,形成液体保护层的液体被原位补充到部件的等离子体暴露表面。
[0005] 本文还公开了一种在等离子体处理设备的部件的等离子体暴露表面上原位形成固体保护层的方法,所述等离子体处理设备被配置为在真空室中处理半导体衬底。所述方法包括从液体源供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面上以在所述部件的所述等离子体暴露表面上形成液体保护层。所述液体保护层被固化在所述部件的等离子体暴露表面上,从而形成固体保护层,其中形成液体保护层的液体是可固化液体。
[0006] 本文还公开了一种在等离子体处理设备的部件的等离子体暴露表面上原位形成固体保护层的方法,所述等离子体处理设备被配置为在真空室中处理半导体衬底。所述方法包括:加热等离子体相容固体以形成等离子体相容液体;并且供应等离子体相容液体到所述部件的所述等离子体暴露表面以在所述部件的所述等离子体暴露表面上形成液体保护层。使在部件的等离子体暴露表面上的液体保护层冷却,从而形成固体保护层。附图说明
[0007] 图1A图示了可以实施本文所述的实施例的等离子体处理设备的喷头电极组件和衬底支架的实施例的一部分。图1B图示了可以实施本文所述的实施例的电感耦合等离子体处理设备的实施例。
[0008] 图2A至图2J均图示了边缘环组件的实施例的剖视图,所述边缘环组件包括用于供应等离子体相容液体到部件的等离子体暴露表面以在其上形成液体保护层的装置。
[0009] 图3A至图3D均图示了衬底支架的实施例的剖视图,所述衬底支架包括用于供应等离子体相容液体到部件的等离子体暴露表面以在其上形成液体保护层的装置。

具体实施方式

[0010] 制造集成电路装置包括使用等离子体处理设备。等离子体处理设备可以包括真空室,并且可以被配置为蚀刻半导体衬底的选定层或者在半导体衬底的表面上沉积材料。
[0011] 蚀刻过程可以包括要素压、处理气体和功率组合以便在真空室内产生被激发的化学物质的几个步骤。蚀刻剂气体混合物的被激发的化学物质,或者被称为包含与衬底的暴露区域发生不同程度的反应的自由基、离子和中性物质的等离子体,所述暴露区域是未被硬掩膜或光致抗蚀剂覆盖并保护的区域。等离子体的元素与衬底的暴露材料的反应有效地去除了未覆盖区域中的材料。使用偏压提供离子朝着表面加速的方向性,因此提供衬底上明显的各向异性蚀刻。例如通孔和沟槽之类的特征可以通过使用各向异性蚀刻而形成在衬底的复合堆叠层上,其中这些特征的侧壁可以受到形成在其上的钝化层的保护而不发生蚀刻反应。蚀刻气体通常包含用于化学蚀刻的含卤素气体以及用于钝化的含气体。钝化层可以通过在特征的侧壁沉积或特征的侧壁氧化而形成的聚合物基氧化膜或含二氧化硅的氧化膜(SiOx基薄膜)。
[0012] 沉积过程可以包括原子层沉积或等离子体增强化学气相沉积,其中电介质膜或导体膜沉积在衬底上。在产生等离子体之后,由于衬底附近的高温气体反应物之间的化学反应,形成了沉积物质,其中形成有电介质膜或导体膜。
[0013] 等离子体处理设备的设计者面临的一个挑战是等离子体蚀刻条件对暴露于等离子体的处理室的表面能产生显著的离子轰击。这种离子轰击,结合等离子体化学反应和/或蚀刻副产物,会对真空室的等离子体暴露表面产生显著的溶蚀、腐蚀和腐蚀-溶蚀。因此,通过包括溶蚀、腐蚀和/或溶蚀-腐蚀的物理和/或化学侵蚀去除了表面材料。这种侵蚀造成以下问题:零件寿命短、零件成本增加、颗粒污染、衬底上的过渡金属污染和工艺参数漂移。具有较短寿命的零件通常被称为耗材。短寿命的耗材零件增加了所有者的成本以及处理停机时间,因为更换耗材零件很费时。
[0014] 另一个挑战是控制半导体衬底(例如,硅衬底)上的蚀刻速率的均匀性,特别地,以确保衬底中心的蚀刻速率等于边缘的蚀刻速率。因此,衬底边界条件优选地被设计成用于在衬底上实现均匀性,均匀性涉及以下参数,例如,处理气体成分、处理气体压力、衬底温度、射频功率和等离子体密度
[0015] 一些等离子体处理设备被设计成在静电夹紧电极(ESC)下方的供电电极上施加射频功率,静电夹紧电极和供电电极两者被并入衬底支撑组件中,所述衬底支撑组件支撑正在进行等离子体处理的半导体衬底。然而,在等离子体处理期间,不均匀的等离子体密度会导致不均匀地处理衬底。不均匀的等离子体密度的产生原因可能是由于衬底外缘悬在底电极上方,并且/或者从供电电极通过静电夹紧电极和衬底到等离子体的射频阻抗路径可能不同于从供电电极的外部到等离子体的射频阻抗路径。通过在正在进行等离子体处理的衬底的中心和边缘提供相似的射频阻抗路径可以实现改善的等离子体均匀性。另外,通过在正在进行等离子体处理的衬底的中心和边缘提供较均匀的温度分布可以实现改善的等离子体均匀性。
[0016] 上缘环可以保护边缘环组件中的一个或多个底层连接环免受等离子体侵蚀。边缘环是易耗件并且需要定期清洁和/或更换。希望延长边缘环的寿命,这可以延长边缘环组件的寿命,增加清洁和/或更换之间的平均时间,并且降低所有者成本。本文描述了具有延长的射频寿命的部件。为了减轻上述不均匀性并且延长例如边缘环组件等部件的射频寿命,部件可以包括用于在其等离子体暴露表面上供应液体保护层的装置。例如,部件可以是包括在至少一个等离子体暴露表面上的液体保护层的上缘环,并且更优选地,包括在部件的每个等离子体暴露表面上的液体保护层的上缘环。液体保护层是由等离子体相容液体形成的,其中,液体从液体源被供应到边缘环。本文中使用的“等离子体暴露表面”意指至少一个等离子体暴露表面。
[0017] 等离子体相容液体优选地从液体源被供应到部件中的液体通道中。用于供应液体的装置包括传输液体到部件的至少一个等离子体暴露表面的供给通道。部件中供应液体的供给通道可以是多孔陶瓷材料的孔,或者可替代地,部件中形成的孔。在对半导体衬底进行等离子体处理期间,液体保护层可以被原位补充到部件的等离子体暴露表面。例如,上缘环可以包括液体保护层,其中形成液体保护层的液体被原位补充,因此延长边缘环的射频寿命。在第一实施例中,液体保护层保持液体形式。在第二实施例中,液体保护层是可固化的,其中液体保护层在一批半导体衬底被处理之前被转换成固体形式。与暴露于腐蚀边缘环的射频等离子体条件一定长度之后必须更换的边缘环相比(例如,更换边缘环需要关闭处理室以允许手动更换边缘环,由此造成生产时间的损失高达10小时),液体保护层可以防止溶蚀边缘环并且因此提供未溶蚀的边缘环。
[0018] 半导体衬底的边缘附近的蚀刻速率可以通过调整石英连接环以促进边缘环组件的冷却来进行控制。边缘环组件可以对衬底支撑组件中包括的温控衬底吸热。为了增加边缘环组件与温控衬底之间的热导率,热界面材料可以设置在边缘环组件内的环之间。在这种情况下,导热弹性体可以粘结边缘环组件中的相邻环。在共同转让的美国专利7,244,336中可以找到对温控衬底吸热的边缘环组件的示例性实施例,其中边缘环组件包括导热弹性体粘合剂,该专利的全部内容并入本申请中。
[0019] 被供应到边缘环组件的等离子体暴露表面而形成液体保护层的等离子体相容液体可以通过换热器循环,使得液体可以维持上缘环的温度在所需温度并且因此避免工艺参数漂移。例如,通过使液体在等离子体处理期间穿过换热器可以控制液体的温度,使得上缘环维持在所需温度。
[0020] 在半导体衬底(例如,硅衬底)上控制蚀刻速率的均匀性,特别地,使衬底中心的蚀刻速率等于边缘的蚀刻速率所存在的其他挑战是例如处理气体成分、处理气体压力、衬底温度、射频功率和等离子体密度等参数。
[0021] 为了减轻不均匀性,例如不均匀的射频阻抗路径,可以实施装配在衬底支撑组件周围的、包括液体保护层的边缘环组件,其中边缘环组件包括一个或多个嵌入式射频电极。通过在正在进行等离子体处理的衬底的中心和边缘提供相似的射频阻抗路径可以实现改善的等离子体均匀性。射频阻抗路径可以通过选择材料和/或边缘环组件中的环的尺寸来控制。边缘环组件中的每个环可以是由单种材料或具有一个或多个涂层的基础材料形成的,所述涂层包括导体材料、半导体材料、或电介质材料,所述材料包括但不限于矾土、氧化硅、石英、氧化、硅、化硅、钇铝石榴石(YAG)、氧化钇、氟化钇、氧化铈、氮化铝、石墨或它们的组合。在共同转让的美国专利8,211,324中可以找到包括上缘环的边缘环组件的示例性实施例,其中上缘环具有射频电压控制装置,该专利的全部内容并入本申请中。
[0022] 例如边缘环组件的上缘环之类的部件包括在至少一个等离子体暴露表面上的液体保护层,并且更优选地,包括在部件的每个等离子体暴露表面上的液体保护层。液体保护层是由一种或多种液体形成的。优选地,一种或多种液体是离子流体。一种或多种液体是高纯度等离子体相容液体,并且可以是可流动的氧化物前体和/或硅树脂基液体(油)。优选地,一种或多种液体具有低蒸气压力,例如,在约20℃小于约10-6托的蒸气压力。在实施例中,硅树脂基液体可以固化以形成高纯度硅树脂氧化物的固体保护层。液体还可以是全氟聚醚。例如,形成液体保护层的液体可以是:苯基甲基硅氧烷,二甲基环硅氧烷,四甲基四苯基三硅氧烷,五苯基三甲基三硅氧烷,1-乙基-3-甲基咪唑双{(三氟甲基)磺酰基}酰胺(1-ethyl-3-methylimidazolium bis{(trifluoromethyl)sul-fonyl}amide),1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺,氢氟乙烯,四氟乙烯,全氟氧杂环丁烷(perfluorotrimethyleneoxide),1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-丁基-3,5-二甲基吡啶溴化物(1-butyl-3,5-dimethylpyridinium bromide),1-丁基-3-甲基咪唑-六氟磷酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑碘化物,1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基碳酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑辛基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氯铝,1-丁基-3-甲基咪唑四氟酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸酯,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐(1-Butyl-3-methylimidazolium tosylate),1-丁基-3-甲基咪唑三氟醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰胺,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑氯化物,1-(3-氰基丙基)-3-甲基咪唑二氰胺,1-癸基-3-甲基咪唑氯化物,1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1,3-二乙氧基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二乙氧基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二羟基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二羟基-2-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二甲氧基-2-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-二甲氧基-2-甲基咪唑六氟磷酸盐,1,3-二甲基咪唑二甲基磷酸酯,1,3-二甲基咪唑甲烷磺酸盐,1,3-二甲基咪唑甲基硫酸盐,1,2-二甲基-3-丙基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,2-二甲基-3-丙基咪唑三(三氟甲基磺酰)甲基化物,
1-十二烷基-3-甲基咪唑碘化物,1-乙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑氯化物,1-乙基-2,3-二甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑碳酸甲酯,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑基醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑(S)-2-氨基丙酸酯,1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑溴化物,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二丁基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二甲基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸氢盐溶液,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑氢氧化物溶液,
1-乙基-3-甲基咪唑碘化物,1-乙基-3-甲基咪唑L-(+)-乳酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基-咪唑甲基碳酸盐溶液,1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,
1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝,
1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑1,1,2,2-四氟乙烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑甲苯磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-己基-3-甲基咪唑氯化物,1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-己基-3-甲基咪唑碘化物,1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-己基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐,1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑二氰胺,1-甲基咪唑氯化物,1-甲基咪唑硫酸氢盐,1-甲基-3-辛基咪唑氯化物,1-甲基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐(1-Methyl-3-octylimidazolium hexafluorophosphate),1-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐,1-甲基-3-辛基咪唑三氟甲磺酸盐,1-甲基-3-丙基咪唑碘化物,1-甲基-3-丙基咪唑碳酸甲酯溶液,1-甲基-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)咪唑六氟磷酸盐,1-甲基-3-乙烯基咪唑碳酸甲酯溶液,1,2,3-三甲基咪唑硫酸甲酯,1,2,3-三甲基咪唑三氟甲磺酸酯丙烯酰胺,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-乙基-3-甲基咪唑氢氧化物溶液,1-乙基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝(1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate),1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,1-甲基咪唑氯化物,1-甲基咪唑硫酸氢盐,α,α-[(甲基-9-十八碳烯基亚氨基)二-2,1-乙二基]二(ω-羟基)-聚(氧-1,2-乙二基)甲基硫酸盐(α,α-[(Methyl-9-octadecenyliminio)di-2,1-ethanediyl]bis[ω-hydroxy-poly(oxy-1,2-ethanediyl)]methyl sulfate),1,2,3-三甲基咪唑硫酸甲酯,1,2,4-三甲基吡唑甲基硫酸盐,四丁基鏻甲磺酸酯(Tetrabutylphosphonium methanesulfonate),四丁基鏻四氟硼酸盐,四丁基鏻对甲苯磺酸酯,三丁基甲基鏻磷酸二丁酯,三丁基甲基鏻碳酸甲酯溶液,三丁基甲基鏻硫酸甲酯,三乙基甲基鏻磷酸二丁酯,三己基十四烷化鏻双(三氟甲基磺酰)酰胺,三己基十四烷化鏻双(2,4,4-三甲基戊基)次膦酸,三己基十四烷化鏻溴化物,三己基十四烷化鏻氯化物,三己基十四烷化鏻癸酸盐(Trihexyltetradecylphosphonium decanoate),三己基十四烷化鏻双氰胺,3-(三苯基磷)丙烷-1-磺酸酯,3-(三苯基磷)丙烷-1-磺酸甲苯磺酸酯,
1-丁基-1-甲基哌啶四氟硼酸盐(1-Butyl-1-methylpiperidinium tetrafluoroborate),
1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基哌啶六氟磷酸盐,4-乙基-4-甲基吗啉甲基碳酸盐溶液,1,2,3-三(二乙基氨基)环丙基双(三氟甲烷磺酰)亚 胺 (1,2,3-Tris(diethylamino)cyclopropenylium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide),1,2,3-三(二乙基氨基)环丙基二氰胺,环丙基二苯基锍四氟硼酸盐
(Cyclopropyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate),三乙基锍双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺(1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide),1-丁基-1-甲基吡咯溴化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷氯化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷二氰胺,1-丁基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐,1-丁基-1-甲基吡咯烷碘化物,1-丁基-1-甲基吡咯烷甲基碳酸盐溶液,1-丁基-1-甲基吡咯烷四氟硼酸盐,1-丁基-1-甲基吡咯烷三氟甲磺酸盐,1-乙基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-乙基-1-甲基吡咯烷溴化物,1-乙基-1-甲基吡咯烷六氟磷酸盐,1-乙基-1-甲基吡咯烷四氟硼酸盐,1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲基磺酰)亚胺(1-Butyl-3-methylpyridinium bis(trifluormethylsulfonyl)imide),1-丁基-4-甲基吡啶六氟磷酸盐,1-丁基-4-甲基吡啶碘化物,1-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐,1-丁基吡啶溴化物,1-(3-氰基丙基)吡啶双(三氟甲基磺酰)亚胺,1-(3-氰基丙基)吡啶氯化物,1-乙基吡啶四氟硼酸盐,N-乙基吡啶溴化物-d10,3-甲基-1-丙基吡啶双(三氟甲磺酰)亚胺,1,2,4-三甲基吡唑甲基硫酸盐(1,2,4-Trimethylpyrazolium methylsulfate),
1-乙基-3-甲基咪唑氯化物(1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride),1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑二氰酰胺,1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,三-(2-羟乙基)甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸酯,1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-乙基-3-甲基咪唑碳酸甲酯,1-丁基-3-甲基咪唑碳酸甲酯,苄基二甲基四癸基无氯化铵,苄基三甲基铵三溴化丙烯酰胺,丁基三甲基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,二乙基甲基(2-甲氧基乙基)铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,乙基二甲基丙基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,2-羟乙基-三甲基铵L-(+)-乳酸盐,甲基-三-十八烷基溴化铵(Methyltrioctadecylammonium bromide),甲基三辛基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,甲基三辛基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺,甲基三辛基硫酸氢铵,甲基三辛基硫代水杨酸铵,苯甲酸四丁基铵,四丁基铵双-三氟甲烷磺酰亚胺,四丁基铵十七碳氟辛烷磺酸盐,四丁基氢氧化铵30-水合物,四丁基甲磺酸铵丙烯酰胺,四丁基亚硝酸铵,四丁基全氟丁烷磺酸铵(Tetrabutylammonium nonafluorobutanesulfonate),四丁基铵琥珀酰亚铵,苯硫酚四丁基铵,四丁基铵三溴化丙烯酰胺(Tetrabutylammonium tribromide purum),四丁基铵三碘化物,四溴十二烷基铵,四氯十二烷基铵,四溴丙烯酰胺十六烷基铵(Tetrahexadecylammonium bromide purum),四溴己基铵丙烯酰胺(Tetrahexylammonium bromide purum),四己基硫酸氢铵,四己基碘化铵,四己基四氟硼酸铵,四(癸基)溴化铵,四甲基氢氧化铵五水合物,四辛基溴化铵丙烯酰胺,三丁基甲基氯化铵,三丁基甲基二丁基磷酸铵,三丁基甲基铵碳酸甲酯,三丁基甲基铵硫酸甲酯,三(2-羟乙基)甲基铵硫酸甲酯,三乙基甲基铵二丁基磷酸酯,三乙基甲基铵碳酸甲酯,醋酸胆,1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺(1-Allyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide),1-烯丙基-3-甲基咪唑溴化物,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物,1-烯丙基-3-甲基咪唑二氰胺,1-烯丙基-3-甲基咪唑碘化物,1-苄基-3-甲基咪唑氯化物,1-苄基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,1-苄基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,1,3-双(氰基甲基)咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺,1,3-双(氰基甲基)咪唑氯化丙烯酰胺,1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯化物,1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐,1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐,4-(3-丁基-1-咪唑基)-1-丁烷磺酸盐,4-(3-丁基-1-咪唑基)-1-丁烷酸三氟甲烷磺酸酯,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺,1-丁基-3-甲基咪唑溴化物,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯,1-丁基-3-甲基咪唑六氟锑酸盐,1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,以及它们的混合物。优选地,一种或多种等离子体相容液体的分子量约800至5,000g/mol,并且更优选地一种或多种液体的分子量大于约1,000g/mol。
[0023] 一种或多种等离子体相容液体优选地存储在液体源中,其中一种或多种液体被配置为供应到部件的等离子体暴露表面,例如,边缘环组件的等离子体暴露表面,以在处理半导体衬底之前和/或期间在其上形成液体保护层。被供应的一种或多种液体可以由工艺配方来确定。例如,可以选择液体用于具体的处理步骤,基于具体的处理步骤来选择处理气体用于具体的处理步骤。在替代实施例中,被供应到边缘环组件的等离子体暴露表面的液体可以固化使得液体保护层可以形成固体保护层。例如,可以通过来自等离子体的紫外线照射来执行固化,从而形成固化保护层,或者可替代地,两种液体可以被供应到部件的等离子体暴露表面,其中两种液体在部件的等离子体暴露表面上发生反应以形成固体保护层。
[0024] 在部件的等离子体暴露表面上形成液体保护层的液体优选地是电介质液体。电介质液体可以改变部件的电气性能,所述部件包括由电介质液体形成的液体保护层。例如,电介质液体可以充当绝缘体,从而使部件上的电压在部件导电时下降,或者可替代地,可以改变电介质部件的电介质常数。在部件的等离子体暴露表面上形成液体保护层的液体额外地形成液体-等离子体界面。
[0025] 在实施例中,形成液体保护层的液体被配置为在等离子体处理期间循环。液体可以被供应到部件的等离子体暴露表面并且返回液体源,或者在替代实施例中,液体可以被供应到部件的液体通道,其中液体通道与部件的等离子体暴露表面流体连通。如图2H所示,液体可以通过换热器325循环,从而维持部件的等离子体暴露表面在受控温度。在另一个优选实施例中,液体可以通过过滤器326循环,使得由于处理半导体衬底得到的液体中的杂质被去除。另外,因为在液体-等离子体界面的液体在等离子体处理过程期间由于等离子体暴露而带电,所以液体可以通过放电导管328循环,所述放电导管去除在等离子体处理过程期间由于暴露于等离子体而在液体中形成的电荷。
[0026] 图1A图示了用于等离子体处理设备的真空室的喷头电极组件110和衬底支撑组件100的示例性实施例,例如硅晶片之类的半导体衬底在处理室中被处理,可以在处理室中使用如上所述的其等离子体暴露表面上包括液体保护层的部件。优选地,部件包括液体通道并且配置通过供给通道供应等离子体相容液体到部件的等离子体暴露表面。供给通道可以被配置为通过供给通道芯吸(wick)液体。包括用于供应液体到其等离子体暴露表面的示例性部件可以是边缘环组件的上缘环,所述上缘环包围衬底支架118和/或被支撑在衬底支架118上的半导体衬底120。喷头电极组件110可以包括喷头电极,所述喷头电极包括:具有气体通道128的顶电极112;具有气体通道130的背衬构件114,所述气体通道130与固定在顶电极112上的通道128对齐;以及被护圈136包围的热控板116。在共同转让的美国专利7,862,682、7,854,820和7,125,500中可以找到这些配置的细节,这些专利通过引用的方式并入本申请中。衬底支撑组件100包括衬底支架118(图1A中仅仅图示了一部分),所述衬底支架118包括底电极以及被定位在真空室中的顶电极112下方的静电夹紧电极(例如,静电吸盘)。经过等离子体处理的衬底120被静电夹紧在衬底支架118(例如,静电吸盘)的衬底支架表面122上。
[0027] 在电容耦合等离子体处理设备的真空室中,除接地电极之外,还可以使用二次接地。例如,衬底支架118可以包括以一个或多个频率供应射频能量的底电极,并且处理气体可以通过喷头电极112被供应到室的内部,所述喷头电极是接地的上电极。在衬底支架118中位于底电极的外部的二次接地可以包括电接地部分,所述电接地部分总体上在包括将被处理的衬底120的平面上延伸但是通过边缘环组件200与衬底120间隔开。边缘环组件200可以包括边缘环,所述边缘环是由在等离子体产生期间受热的导电材料、电介质材料和/或半导体材料形成的。
[0028] 为了控制衬底120上的蚀刻速率的均匀性并且使衬底中心处的蚀刻速率与衬底边缘处的蚀刻速率匹配,衬底边界条件优选地被设计成用于确保衬底边缘的化学暴露、处理压力、温度和射频场强度在衬底上的连续性。为了使衬底污染最小化,边缘环组件200的等离子体暴露边缘环优选地是由与衬底本身相容的材料制成的。另外,为了使衬底污染最小化,边缘环组件的等离子体暴露表面上的液体保护层是高纯度液体,并且当被侵蚀时形成挥发性蚀刻副产品,这种挥发性蚀刻副产品能被真空室的真空系统去除。边缘环组件200的等离子体暴露表面优选地具有液体保护层,其中形成液体保护层的等离子体相容液体在等离子体处理操作期间或者在等离子体处理操作之前被原位补充,使得液体保护层下方的边缘环组件200在等离子体处理操作期间不被侵蚀。
[0029] 在 替 代 实 施 例 中, 如 图 1B 所 示, 例 如 由 Lam Research Corporation(Fremont,Calif.)建造的Kiyo之类的电感耦合等离子体处理室25,例如硅晶片之类的半导体衬底在处理室中被处理,可以在处理室中使用如上所述的其等离子体暴露表面上包括液体保护层的部件。在共同转让的美国专利8,025,731中可以找到电感耦合等离子体处理设备的示例性实施例,该专利的全部内容并入本申请中。真空室10包括用于在真空室10的内部支撑衬底120的衬底支架12,其中衬底支架12优选地包括边缘环组件200。电介质窗20形成真空室10的顶壁。处理气体通过气体喷射器22被注射到真空室10的内部。气源23通过气体喷射器22供应处理气体到真空室10的内部。
[0030] 一旦处理气体被引入到真空室10的内部,处理气体被供应能量到真空室10内部的能量源18激发成等离子体状态。优选地,能量源18是由射频源19a和射频阻抗匹配电路19b提供能量以通过电感耦合的方式将射频能量耦合到真空室10中的外部平板天线。通过在平板天线上施加射频能量所产生的电磁场激发处理气体以在衬底120上方形成高密10 12 3
度等离子体(例如,10 -10 离子/cm)。
[0031] 图2A图示了被配置为供应等离子体相容液体到其至少一个等离子体暴露表面的边缘环组件200的实施例。边缘环组件200包围等离子体处理设备的真空室50中的衬底支架118。边缘环组件200中包括例如环形通道201之类的液体通道,其中液体通过液体流入通道225从液体源250被供应到环形通道201。液体源250可以连接到气体源252和/或251上,使得可以控制液体源250中的液体压力或者可以泵送液体源250中的液体。液体源250和/或泵251之间的压差可以迫使液体朝着边缘环组件200,并且进一步迫使液体在边缘环组件200中的液体供给通道中朝着边缘环组件200的等离子体暴露表面流动。在一个实施例中,边缘环组件200可以包括多孔上缘环,其中所述多孔上缘环中设有环形通道201,并且液体供给通道是上缘环中的孔。优选地,液体保护层形成在边缘环的等离子体暴露表面上,并且更具体地讲,液体保护层形成在边缘环的每个等离子体暴露表面上。
例如,如图2A所示,液体保护层300形成在边缘环组件200的上表面300a上,其中边缘环组件200的上表面形成台阶。在衬底的等离子体处理期间,形成液体保护层的液体被反应性离子(即,离子轰击)侵蚀并且作为挥发性蚀刻副产物被从处理室去除,例如在等离子体蚀刻中利用的副产物,然而,形成液体保护层的液体通过在对半导体衬底进行等离子体处理期间从液体源250被连续地供应到边缘环组件的等离子体暴露表面而被原位补充。连续供应液体到边缘环组件的等离子体暴露表面以形成液体保护层,这样能保护上缘环以及具有涂有液体的等离子体暴露表面的其他部件。可以供应液体使得在边缘环组件的等离子体暴露表面上维持预定厚度的液体保护层,其中保护层的厚度可以通过泵252或通过液体源
250与真空室50之间的压差来维持。优选地,液体保护层的厚度约0.5微米至4,000微米,并且更优选地,厚度大于约100微米。液体的厚度可以通过例如干涉仪307之类的高度传感器来确定。本文中使用的术语“约”指的是±10%。
[0032] 边缘环组件200的多孔上缘环优选地由具有合适的孔隙度的氧化铝形成,例如,氧化铝的孔隙度可以是约1%至90%,并且更优选地,氧化铝的孔隙度是约10%至50%。可替代地,边缘环组件200的多孔上缘环可以由多孔陶瓷或玻璃材料(例如,沸石或其他材料,比如说具有界限分明的孔隙度的气凝胶)形成,其中陶瓷材料的孔隙度是约1%至
90%,并且更优选地,孔隙度是约10%至50%。
[0033] 在实施例中,在边缘环的等离子体暴露表面上形成液体保护层的等离子体相容液体可以被配置为在等离子体暴露表面上流动并且流到附近部件的等离子体暴露表面上。液体的流动速率可足以补偿在对半导体衬底进行等离子体处理期间等离子体侵蚀的液体层。在又一个实施例中,边缘环组件200的上缘环可以具有倾斜的上表面,使得上表面的度由于重力的作用可以引导液体流动。
[0034] 可替代地,如图2B所示,边缘环组件200的上缘环200a可以具有有紧密间隔的孔205的环形区以及例如环形通道201之类的液体通道,环形通道201供应液体到孔。液体可以通过液体流入通道225从液体源250传输到上缘环200a的环形通道201。然后液体可以穿过与环形通道201流体连通的孔205以及上缘环200a的至少一个等离子体暴露表面,以在上缘环200a的等离子体暴露表面上形成液体保护层。再者,在对衬底进行等离子体处理期间,等离子体暴露表面上的液体保护层被反应性离子侵蚀(即,离子轰击),例如在等离子体蚀刻期间利用的反应性离子,然而,液体保护层的液体在对半导体衬底进行等离子体处理期间被原位补充到上缘环200a的等离子体暴露表面,使得下伏的上缘环200a不被侵蚀。
[0035] 在实施例中,紧密间隔的孔205的环形区可以具有在等离子体暴露表面上分配液体的任何合适的间隔,例如,孔205之间的间隔可以是约0.5cm至约1cm,或者约1cm至约3cm。孔205优选地具有约100微米至约5毫米的直径。例如边缘环组件200的上缘环200a之类的部件的等离子体暴露表面(旨在接收形成液体保护层的等离子体相容液体)可以任选地带有纹理以改善液体的分布,例如,表面可以包括微型槽207。微型槽207可以被加工在等离子体暴露表面上,其中微型槽207被配置为在例如上缘环200a之类的部件的整个等离子体暴露表面上分配液体。
[0036] 另外,边缘环组件200中可以包括嵌入的射频电极。例如,如图2B所示,射频电极202形成上缘环200a的下表面。射频电极202可以从射频电源连接203接收射频功率,使得边缘环组件200可以在处理衬底120期间围绕被支撑在衬底支架118上的衬底120的外周提供射频偏压。
[0037] 图2C和图2D图示了边缘环组件200的又一个实施例,其中图2D是图2C的分解视图。如图2C和2D所示,边缘环组件200的上缘环200a可以包括环绕上缘环200a的内周的上表面的内部环形唇缘206a。内部环形唇缘206a被配置为在上缘环200a的等离子体暴露表面上保留液体,使得液体可以被限制在所需的区域中并且不会蓄积在缘环组件200与衬底支架118之间。在此实施例中,内部环形唇缘206a被配置为在上缘环200a的下台阶上保留液体,使得下台阶的上表面和内角并且任选地下台阶的内垂直面被液体覆盖。可替代地,或者除内部环形唇缘206a之外,边缘环组件200的上缘环200a可以包括上缘环200a的外周的上表面周围的外部环形唇缘206b(参照图2C)。外部环形唇缘206b被配置为在上缘环200a的上表面上保留液体,使得液体可以被约束在期望的区域中并且不会洒在边缘环组件
200的外侧面上。
[0038] 重新参考图2A,优选地,液体源250中的液体维持在负压下使得在处理半导体衬底期间真空室50被抽真空,液体可以从液体源250流到环形通道201,并且进一步流到边缘环组件200的一个或多个等离子体暴露表面上。然而,在真空室50未被抽真空期间(当没有等离子体处理衬底时),由于真空室50(在大气压下)与液体源250中的液体(在负压下)之间的压差,在真空室内部的大气压会迫使液体保留在液体源250中。优选地,液体源维持在负压下,并且边缘环组件200的上缘环中的气孔或孔被优化使得当真空室中的压力减小时液体源中大于约1托的压力能使液体芯吸并且/或者流到上缘环的至少一个等离子体暴露表面上。真空室50与液体源250之间的压差可以被调节使得在上缘环的至少一个等离子体暴露表面上形成所需厚度的液体保护层。优选地,液体保护层是约0.5微米至4000微米厚,并且更优选地液体保护层大于约100微米。在替代实施例中,液体可以从液体源250被泵送到环形通道201。
[0039] 在边缘环组件被配置为包围衬底支撑组件的又一个实施例中,衬底支撑组件100可以包括温控下基板(即,衬底支架)118、上板123和任选的安装槽150a,安装槽150a包围在下衬底与上板之间的粘结层151。例如,如图2E所示,衬底支撑组件100可以包括被嵌入陶瓷上板123的静电吸盘(ESC),所述陶瓷上板123可以通过粘结层151粘结到衬底支架118或衬底支架118的加热层118a。安装槽150a可以包围衬底支撑组件100的粘结层151。例如弹性体环之类的封边150可以安装在安装槽150a中。在等离子体处理期间,液体可以通过边缘环的内台阶中的供给通道供应,并且液体被供给的速率足以在边缘环的内缘上流动,直到封边150被等离子体相容液体覆盖。可以安装在安装槽中的封边包括例如弹性体环、环氧基树脂、硅树脂等的O型环。液体可以通过液体流入通道225从液体源被输送到边缘环组件200中的环形通道201。边缘环组件200的上缘环优选地具有包围其内周的台阶,其中至少一个孔204输送液体到台阶表面的内台阶208,使得液体在台阶表面的内台阶208上形成液体保护层。液体另外流入衬底支架118与边缘环组件200之间的间隙180中。蓄积在间隙180中的液体覆盖安装在安装槽中的封边150,安装槽150包围衬底支架118中的粘结层151,其中液体保护层在对半导体衬底120进行等离子体处理期间被原位补充,使得粘结层151在对半导体衬底进行等离子体处理期间不被侵蚀。另外,液体可以通过边缘环组件200的上缘环中的孔或气孔从环形通道201流到边缘环组件200的至少一个等离子体暴露表面,但是优选流到边缘环组件200的每个等离子体暴露表面。可替代地,如图2F所示,封边可以不安装在使得封边包围粘结层151的安装槽中。在这种情况下,液体可以被供应到台阶表面的内台阶208,使得液体保护层形成在台阶表面的内台阶208上。
液体额外蓄积在衬底支架118与边缘环组件200之间的间隙180中。液体完全浸没并覆盖粘结层151,因此消除了对封边的需求。形成液体保护层的液体在对半导体衬底120进行等离子体处理期间也被原位补充,其中液体可以被供应使得粘结层151在对半导体衬底进行等离子体处理期间保持被覆盖并且不被侵蚀。
[0040] 在实施例中,粘结层151可以被形成为使得在上陶瓷板123与衬底支架118之间的粘结层的外周有用于安装槽(参照图2E)的空间,然而,在替代实施例中,粘结层151可以被形成为使得粘结层的外周与上陶瓷层123的外周平齐(参照图2F)。在这种情况下,液体可以被供应到台阶表面的内台阶208上,使得液体保护层形成在台阶表面的内台阶208上,其中液体额外蓄积在衬底支架118与边缘环组件200之间的间隙180中,使得液体保护层覆盖粘结层151。然而,在又一个实施例中,如图2G所示,粘结层151的外周可以在上陶瓷板123的外周上延伸,其中粘结层151在上陶瓷板123的外周上延伸可以增加被支撑在上陶瓷板123上的衬底120上的温度均匀性。在这个实施例中,液体可以被供应到台阶表面的内台阶208,使得液体保护层覆盖台阶表面的内台阶208,其中液体可以蓄积在衬底支架118与边缘环组件200之间的间隙180中,使得在粘结层151上方和下方形成液体保护层。
[0041] 在液体蓄积在间隙180中的实施例中,从液体源供应的液体在对半导体衬底进行等离子体处理期间优选地被连续添加到液体保护层的上部并且从液体保护层的下部去除,使得液体可以循环并且进一步使得可以控制液体保护层的厚度。例如,例如边缘环之类的部件的等离子体暴露表面可以与衬底支撑组件相邻,其中衬底支撑组件被配置为支撑半导体衬底。形成液体保护层的保护液体可以被供应到边缘环的等离子体暴露表面,使得保护液体蓄积在边缘环与衬底支架之间的间隙中,并且在衬底支架周围形成环形液体层。液体层优选地维持足够的厚度以便在暴露于等离子体的液体层的表面与被等离子体处理的半导体衬底的外周的下表面之间提供预定的间隙。
[0042] 图2H图示了边缘环组件200的又一个实施例,其中液体可以再循环。例如,边缘环组件200可以包括液体流入通道225和液体流出通道226。形成液体保护层的液体可以往来于边缘环组件200循环使得可以控制期望厚度的液体保护层以及蓄积在衬底支架118与边缘环组件200之间的间隙180中的液体的量。此外,当循环时,液体可以被引导通道过滤器326,使得可以去除在对衬底进行等离子体处理期间通过液体获得的有害杂质。液体还可以被引导通过换热器325,以便加热或冷却液体,使得边缘环组件200的温度在对衬底进行等离子体处理期间可以受到控制。
[0043] 在下一个实施例中,如图2I所示,边缘环组件200的上缘环200a可以具有多于一个的液体通道,例如,形成在上缘环中的第一环形通道201a和第二环形通道201b。第一等离子体相容液体可以通过液体流入通道225a从液体源被输送到上缘环200a的环形通道201a,并且第二等离子体相容液体可以通过液体流入通道225b从液体源被输送到上缘环
200a的环形通道201b。第一液体可以穿过与第一环形通道201a以及上缘环200a的等离子体暴露表面流体连通的孔205a,并且第二液体可以穿过与第二环形通道201b流体连通的孔205b。第一和第二液体可以在上缘200a的等离子体暴露表面上结合,其中第一和第二液体发生反应以在边缘环组件200的上缘环200a的等离子体暴露表面上形成固体保护层。
[0044] 再者,在对衬底进行等离子体处理期间,等离子体暴露表面上的液体保护层或可替代地固体保护层被反应性离子侵蚀(即,离子轰击),反应性离子如在等离子体蚀刻期间利用的那些反应性离子。液体保护层的液体在对半导体衬底进行等离子体处理期间被原位补充到上缘环200a的等离子体暴露表面,使得下伏的上缘环不被侵蚀。可替代地,在固体保护层在上缘环200a的等离子体暴露表面上的实施例中,由于反应性离子造成的溶蚀可以去除上缘环200a上的一部分固体保护层,因此使上缘环200a的一部分暴露并且开启上缘环中的液体供给通道。在开启液体供给通道时,液体可以被补充到上缘环200a的等离子体暴露表面上,其中液体可以用于形成固体保护层。用于形成固体保护层的一种或多种液体可以在处理一批半导体衬底之前被供应并固化在等离子体暴露表面上。
[0045] 在实施例中,等离子体相容液体可以在约80℃以下的温度,并且更优选地,在约120℃以下的温度形成等离子体相容固体。例如,如图2J所示,液体源250可以包括加热器
270,所述加热器270被配置为加热等离子体相容固体以形成等离子体相容液体。等离子体相容液体然后可以通过液体流入通道225被供应到环形通道201,其中等离子体相容液体可以通过液体供给通道被供应到例如边缘环组件200之类的部件的等离子体暴露表面,从而在等离子体暴露表面上形成液体保护层。液体保护层然后可以冷却以形成固体保护层。
在优选实施例中,液体流入通道和边缘环组件200被控制温度。例如,液体流入通道225可以包括任选的加热器271,并且边缘环组件200的上缘环或下缘环可以包括任选的加热器
272。可替代地,或者除加热器271、272之外,边缘环组件200还可以通过衬底支架118控制温度,其中边缘环组件200对衬底支架118(即,温控基板)吸热。
[0046] 在对衬底进行等离子体处理期间,等离子体暴露表面上的固体保护层被反应性离子侵蚀(即,离子轰击),例如在等离子体蚀刻期间利用的反应性离子。固体保护层可以被补充到例如边缘环组件200之类的部件的等离子体暴露表面上,其中固体保护层和液体源250、液体流入通道225以及包括环形通道201的边缘环组件200中的等离子体相容固体材料被加热以形成等离子体相容液体。等离子体相容液体然后被补充到边缘环组件200的等离子体暴露表面上。等离子体相容液体然后可以在部件的等离子体暴露表面上形成液体保护层,该部件可以被冷却以在上面形成固体保护层。
[0047] 在替代实施例中,包括用于供应液体保护层到部件的等离子体暴露表面上的装置的部件可以是衬底支架。图3A图示了在等离子体处理设备的真空室中使用的衬底支架118。衬底支架118包括衬底支撑表面122,该衬底支撑表面122以悬挂方式将半导体衬底
120支撑在衬底支架118的上表面的凹口(间隙)180上。衬底支架118的等离子体暴露表面301被配置为包围凹口180。衬底支架118包括与液体流入通道225和任选的液体流出通道226流体连通的液体通道,例如,环形通道201(参照图3B)。液体可以被供应到环形通道201中,其中液体可以被迫通过衬底支架118中的液体供给通道流到衬底支架的等离子体暴露表面301,从而在衬底支架118的等离子体暴露表面301上形成液体保护层300。另外,如图3B所示,液体可以往来于衬底支架118循环,使得可以控制期望厚度的液体保护层以及形成在衬底支架118中的凹口180中蓄积的液体的量。当循环时,液体可以被引导通道过滤器326,使得可以去除在对衬底进行等离子体处理期间由液体获得的有害杂质。液体还可以被引导通过换热器325,以便加热或冷却液体,使得在衬底120的等离子体处理期间可以控制与液体热接触的衬底支架118的部分的温度。另外,在等离子体处理过程中由于等离子体暴露而带电的液体-等离子体界面处的液体可以循环通过放电导管328,放电导管去除液体中产生的电荷。
[0048] 如图3C所示,衬底支架118的等离子体暴露表面301可以包括形成在衬底支架的凹口180中的内部环形唇缘206a。内部环形唇缘206a被配置为在衬底支架118的等离子体暴露表面上保留液体,使得液体可以被限制在期望的区域中。在此实施例中,内部环形唇缘206a被配置为在衬底支架118的下部保留液体,其中台阶由凹口180限定,使得下台阶的上表面和内角以及任选地下台阶的内垂直面被液体覆盖。可替代地,或者除内部环形唇缘206a之外,衬底支架118的等离子体暴露表面301可以包括衬底支架118的外周的上表面周围的外部环形唇缘206b。外部环形唇缘206b被配置为在衬底支架118的上表面保留液体,使得液体可以被限制在期望的区域中而不会洒到衬底支架118的外侧面上。在又一个实施例中,如图3D所示,衬底支架118的等离子体暴露表面301可以具有倾斜的上表面,使得上表面的角度由于重力的作用可以引导液体的流动。
[0049] 另外,本文描述了一种在等离子体处理设备(例如,等离子体蚀刻室)中对半导体衬底进行等离子体处理的方法,其中等离子体处理设备包括具有液体保护层的部件,例如,边缘环组件。所述方法包括:从处理气体源供应处理气体到真空室中;使用射频能量源对处理气体施加射频能量以在真空室中产生等离子体;并且在真空室中对半导体衬底进行等离子体处理。在对衬底进行等离子体处理时,液体被补充到例如边缘环组件的上缘环之类的部件的至少一个等离子体暴露表面上。在又一个实施例中,被供应到边缘环组件的等离子体暴露表面的液体可以被控制使得在具体的处理步骤中液体与处理气体配方匹配。另外,液体源可以独立供应两种或更多种液体,这些液体发生反应以在上缘环的至少一个等离子体暴露表面上形成固体保护层,上缘环被配置为包围被支撑在真空室中的衬底支架上的半导体衬底。
[0050] 包括用于供应等离子体相容液体到部件的等离子体暴露表面上以便在该表面上形成液体保护层的装置的部件可以用于支持在等离子体处理设备的半导体衬底上进行的等离子体蚀刻和/或沉积处理。优选地,等离子体处理设备可以是电容耦合等离子体处理设备、电感耦合等离子体处理设备、电子回旋共振等离子体处理设备、螺旋波等离子体处理设备或微波等离子体处理设备。
[0051] 虽然参照具体实施例详细描述了在其等离子体暴露表面上具有液体保护层的部件,但是本领域的技术人员会明白在不脱离所附权利要求书的范围的情况下可以进行多种变更和修改并且采用等同方案。
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