等離子體處理裝置的包括流動(dòng)的保護(hù)性液體層的室壁的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及等離子體處理裝置的包括流動(dòng)的保護(hù)性液體層的室壁。具體地，半導(dǎo)體等離子體處理裝置包括在其中處理半導(dǎo)體襯底的真空室、與該真空室流體連通以將工藝氣體供給到所述真空室中的工藝氣體源、以及適于在真空室中將工藝氣體激勵(lì)成等離子體狀態(tài)的RF能量源。該裝置還可包括室壁，其中所述室壁包括用于將等離子體兼容液體供給到其暴露于等離子體的表面的機(jī)構(gòu)，其中等離子體兼容液體流經(jīng)暴露于等離子體的表面從而在暴露于等離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層。液體供給器將等離子體兼容液體輸送到室壁。
【專(zhuān)利說(shuō)明】等離子體處理裝置的包括流動(dòng)的保護(hù)性液體層的室壁

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及等離子體處理裝置的真空室的室壁。更具體地，本發(fā)明涉及包括在室壁的 暴露于等離子體的表面上流動(dòng)的液體的室壁，其中該液體在該表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液 體層。

【背景技術(shù)】
[0001] 在半導(dǎo)體材料處理領(lǐng)域中，包括真空處理室的半導(dǎo)體等離子體處理裝置被使用， 例如，用于襯底上的各種材料的蝕刻和沉積，比如等離子體蝕刻或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相 沉積（PECVD)。這些工藝中的使用腐蝕和/或消蝕工藝氣體和/或等離子體的一些工藝使 得在該室的內(nèi)表面上形成殘留物，這會(huì)導(dǎo)致不均勻的襯底處理，和/或?qū)е率也考p，以 及在該室中進(jìn)行處理的襯底的顆粒和/或金屬污染。因此，希望的是，室的內(nèi)表面可減少殘 留物的形成，以及在室的內(nèi)表面暴露于腐蝕和/或消蝕氣體和等離子體時(shí)可抵抗這種氣體 和等離子體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本文公開(kāi)了半導(dǎo)體等離子體處理裝置，該裝置包括在其中處理半導(dǎo)體襯底的真空 室、與該真空室流體連通以將工藝氣體供給到所述真空室中的工藝氣體源、以及適于在真 空室中將工藝氣體激勵(lì)成等離子體狀態(tài)的RF能量源。該裝置還可包括室壁，其中所述室壁 包括用于將等離子體兼容液體供給到其暴露于等離子體的表面的機(jī)構(gòu)（means)，其中所述 等離子體兼容液體流經(jīng)所述暴露于等離子體的表面以便在所述暴露于等離子體的表面上 形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層，且該裝置還可包括將所述等離子體兼容液體輸送到部件的液體 供給器。
[0003] 本文還公開(kāi)了在真空室中處理半導(dǎo)體襯底的同時(shí)在等離子體處理裝置中的室壁 的暴露于等離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層的方法。該方法包括將等離子體兼容 液體從流體供給器供給到室壁的一部分且使所述液體流經(jīng)所述室壁的暴露于等離子體的 表面以在所述室壁的暴露于等離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層，同時(shí)在所述真空 室中等離子體處理所述半導(dǎo)體襯底。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004] 圖1A和1B各自示出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的電感耦合等離子 體處理裝置的實(shí)施方式。
[0005] 圖2A示出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的等離子體處理裝置的實(shí)施 方式。圖2B示出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的等離子體處理裝置的實(shí)施方 式。圖2C示出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的暴露于等離子體的表面。圖2D 示出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的等離子體處理裝置的實(shí)施方式。圖2E示 出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的暴露于等離子體的表面。
[0006] 圖3示出了可以用來(lái)實(shí)施本文中所提供的實(shí)施方式的液體輸送組件的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0007] 集成電路器件的制造包括使用等離子體處理裝置。一種等離子體處理裝置可以包 括真空室，并且可以被配置為執(zhí)行半導(dǎo)體處理步驟，如蝕刻半導(dǎo)體襯底的選定層或在半導(dǎo) 體襯底的表面上沉積材料。
[0008] -種等離子體蝕刻工藝可包含若干步驟，其中，將要素壓強(qiáng)、工藝氣體和功率組 合，以在真空室中產(chǎn)生被激發(fā)的化學(xué)物質(zhì)。蝕刻劑氣體混合物的被激發(fā)的化學(xué)物質(zhì)，也稱(chēng)為 等離子體，其含有自由基、離子和中性粒子，它們與襯底上的暴露區(qū)域在不同程度上相互作 用，暴露區(qū)域既沒(méi)有被硬掩模也沒(méi)有被光致抗蝕劑覆蓋和保護(hù)的區(qū)域。等離子體的成分與 襯底的暴露材料的相互作用使未被覆蓋的區(qū)域的材料有效地去除。使用偏置電壓使離子具 有向表面加速的方向性，從而提供了明顯的各向異性蝕刻。使用各向異性蝕刻可以使例如 通孔和溝槽等特征形成在襯底上的復(fù)合疊摞層中，其中在特征側(cè)壁層上形成鈍化層可以保 護(hù)特征側(cè)壁不受蝕刻反應(yīng)的影響。蝕刻氣體通常包含用于化學(xué)蝕刻的含鹵素氣體和用于鈍 化的含氧氣體和/或聚合物。鈍化層可以是聚合物型的或通過(guò)在特征側(cè)壁上的沉積或特征 側(cè)壁的氧化而形成的含有氧化硅（SiO x型膜）的氧化膜。
[0009] 沉積過(guò)程可以包括原子層沉積或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，其中，在襯底上沉 積電介質(zhì)膜或?qū)щ娔?。在等離子體增強(qiáng)沉積中，在升高的溫度下，在襯底的附近，氣態(tài)反應(yīng) 物之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致等離子體產(chǎn)生，之后形成沉積物質(zhì)，其中，電介質(zhì)膜或?qū)щ娔さ靡孕?成。
[0010] 等離子體處理裝置的設(shè)計(jì)者面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，等離子體處理?xiàng)l件可以造成對(duì)真 空室的暴露于等離子體的表面的顯著的離子轟擊。這種離子轟擊結(jié)合等離子體化學(xué)過(guò)程 和/或蝕刻副產(chǎn)物可對(duì)真空室的暴露于等離子體的表面產(chǎn)生顯著的消蝕、腐蝕和腐蝕-消 蝕。其結(jié)果是，表面材料通過(guò)物理和/或化學(xué)侵蝕除去，該侵蝕包括消蝕、腐蝕和腐蝕-消 蝕。這種侵蝕會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，包括縮短部件的壽命、增加部件的成本、微粒污染、襯底上的過(guò)渡 金屬污染以及工藝漂移。
[0011] 等離子體處理裝置的設(shè)計(jì)者面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在等離子體中產(chǎn)生的物質(zhì)可導(dǎo) 致在真空室中的內(nèi)表面（如室壁的暴露于等離子體的表面）上形成殘留物。例如，在蝕刻工 藝期間，在等離子體中產(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)，其中所述反應(yīng)性物質(zhì)擴(kuò)散到被刻蝕的材料（即膜） 的表面上。反應(yīng)性物質(zhì)被吸附到被蝕刻的材料的表面上，其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致蝕刻副產(chǎn) 物的形成。蝕刻副產(chǎn)物從被蝕刻的材料的表面釋放，其中所述副產(chǎn)物可沉積在真空室的內(nèi) 表面上。因此，隨著時(shí)間的推移，所述室的內(nèi)表面上能夠形成蝕刻副產(chǎn)物（殘留物）層，從而 可能污染被處理的襯底、引起工藝漂移和/或?qū)е卤惶幚淼囊r底的不均勻處理。形成殘留 物的蝕刻副產(chǎn)物可以是從膜和含有如鋁、銅、錳、鎂、鈣、鋇、鐵、鈷、鎳、錳、銦、鉭、鈦、鍺、砷、 釔、鉬和鋯等材料的室部件釋放的非揮發(fā)性物質(zhì)。
[0012] 本文公開(kāi)的實(shí)施方式提供了表面上包含流動(dòng)的保護(hù)性液體層的室壁，其中所述表 面的部分是暴露于等離子體的表面。如本文所用，"暴露于等離子體的表面"包括一個(gè)或多 個(gè)暴露于等離子體的表面以及其中表面的僅僅一部分暴露于等離子體的這樣的表面。此 夕卜，如本文所使用的"暴露于等離子體的表面"包括暴露于在等離子體蝕刻工藝過(guò)程中使用 的工藝氣體的表面。
[0013] 所述流動(dòng)的保護(hù)性液體層是由從液體供給器供給至室壁的表面的等離子體兼容 液體形成的。如本文中所使用的，"液體"包括一種或多種液體。用于將液體供給到室壁的 表面的手段可以包括通過(guò)室壁中的進(jìn)給通路供給液體。室壁中的供給液體的進(jìn)給通路可以 是室壁中的多孔陶瓷材料的孔或者替代地可以是在所述室壁上形成的孔。進(jìn)給通路優(yōu)選地 與分送通道流體連通，其中分送通道將液體供給到進(jìn)給通路。在一替代實(shí)施方式中，液體可 以供給到分送通道，其中，液體被配置成從分送通道溢流出來(lái)，使得分送通道可供給液體至 室壁的暴露于等離子體的表面，液體流經(jīng)該表面。室壁優(yōu)選由金屬或陶瓷材料形成，該金屬 或陶瓷材料包括鋁、鋁合金、氧化鋁、礬土、不銹鋼、氧化硅、石英、硅、碳化硅、YAG (釔鋁石榴 石）、氧化釔、氟化釔、氧化鈰、氮化鋁、石墨、或它們的組合。
[0014] 在半導(dǎo)體襯底的等離子體處理過(guò)程中，保護(hù)性液體層優(yōu)選是連續(xù)地供給到室壁的 暴露于等離子體的表面，使得在處理過(guò)程中液體流過(guò)室壁的表面，由此形成流動(dòng)的保護(hù)性 液體層。例如，室壁可以包括流動(dòng)的保護(hù)性液體層，其中形成保護(hù)性液體層的液體供給到室 壁的上部并流動(dòng)至室壁的下部，從而保護(hù)室壁免受腐蝕和/或消蝕。另外，形成流動(dòng)的保 護(hù)性液體層的液體可以捕獲其中的非揮發(fā)性蝕刻副產(chǎn)品。在捕獲非揮發(fā)性蝕刻副產(chǎn)品后， 接著就可以將液體從真空室中去除并過(guò)濾，使得在真空室的內(nèi)表面上形成的殘留物可以減 少，同時(shí)使液體能夠回收。供給到室壁的暴露于等離子體的表面的形成流動(dòng)的保護(hù)性液體 層的液體也可以循環(huán)通過(guò)熱交換器，使得液體能將室壁的表面的溫度保持在所需溫度下。
[0015] 流動(dòng)的保護(hù)性液體層優(yōu)選由一種或多種離子流體形成。該液體是高純度等離子體 兼容液體，并且可以是可流動(dòng)的氧化物前驅(qū)體和/或基于有機(jī)硅的液體（油）。優(yōu)選地，該 液體具有低的蒸氣壓，如在約20°c下小于約ΚΓ 6托的蒸氣壓。該液體也可以是全氟聚醚。 例如，形成保護(hù)性液體層的液體可以是苯基甲基硅氧烷、二甲基環(huán)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-甲基咪唑鎗雙{(三氟甲基）磺?；鶀酰胺、 1-辛基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲磺?；啺?、1-丁基-3-甲基咪唑鎗二氰胺、氫氟乙 烯（hydrofluoroethylene)、四氟乙烯、氧全氟三亞甲基（perfluorotrimethyleneoxide)、 1-乙基-3-甲基咪唑鐵氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑鐵二氰胺、1-丁基-3, 5-二甲基批陡溴 化物、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗硫酸氫鹽、1- 丁基-3-甲 基咪唑鎗碘化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎗甲烷磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗甲基碳酸酯、 1- 丁基-3-甲基咪唑鎗甲基硫酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗硝酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑 鎗辛基硫酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗四氯鋁酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、 1- 丁基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗硫氰酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪 唑鎗甲苯磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗三氟乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗三氟甲烷磺 酸鹽、1- (3-氰基丙基）-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰基）酰胺、1- (3-氰基丙基）-3-甲 基咪唑鐵氯化物、1-(3-氰基丙基）_3_甲基咪唑鐵二氰胺、1-癸基-3-甲基咪唑鐵氯化 物、1-癸基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1，3-二乙氧基咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、 1，3-二乙氧基咪唑鎗六氟磷酸鹽，1，3-二羥基咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1，3-二 羥基-2-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1，3-二甲氧基咪唑鎗雙（三氟甲基-磺 酰基）酰亞胺、1，3-二甲氧基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1，3-二甲氧基-2-甲基咪唑鎗雙（三氟甲 基磺酰）酰亞胺、1，3-二甲氧基-2-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1，3-二甲基咪唑鎗二甲基磷 酸酯、1，3-二甲基咪唑鎗甲烷磺酸鹽、1，3-二甲基咪唑鎗甲基硫酸鹽、1，2-二甲基-3-丙基 咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1，2-二甲基-3-丙基咪唑鎗三（三氟甲基磺?；┘?基化物、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎗碘化物、1-乙基-2, 3-二甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1-乙 基-2, 3-二甲基咪唑鎗氯化物、1-乙基-2, 3-二甲基咪唑鎗乙基硫酸鹽、1-乙基-2, 3-二甲 基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1-乙基-2, 3-二甲基咪唑鎗甲基碳酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗乙 酸鹽、1_乙基-3-甲基咪唑鐵氛基乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鐵（S) -2-氛基丙酸鹽、1_乙 基-3-甲基咪唑鎗雙（五氟乙基磺?；啺贰?-乙基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲基磺 酰）酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑鎗溴化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎗氯化物、1-乙基-3-甲 基咪唑鎗二丁基磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗二乙基磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗二 甲基磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗乙基硫酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1-乙 基-3-甲基咪唑鎗碳酸氫鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗碳酸氫鹽溶液、1-乙基-3-甲基咪唑 鎗硫酸氫鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗氫氧化物溶液、1-乙基-3-甲基咪唑鎗碘化物、1-乙 基-3-甲基咪唑鎗L-(+)_乳酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗甲烷磺酸鹽、1-乙基-3-甲基咪 唑鎗甲基碳酸鹽溶液、1-乙基-3-甲基咪唑鎗甲基硫酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗硝酸鹽、 1-乙基-3-甲基咪唑鎗四氯鋁酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗四氯鋁酸鹽、1-乙基-3-甲基 咪唑鐵四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑1，1，2, 2-四氟乙燒橫酸鹽、1-乙基-3-甲基咪 唑鎗硫氰酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗甲苯磺酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗三氟甲烷磺酸 鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲磺?；啺贰?-己基-3-甲基咪唑鎗氯化物、 1-己基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎗碘化物、1-己基-3-甲基咪唑 鎗四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎗三氟甲烷磺酸鹽、1-(2-羥乙基）-3-甲基咪唑鎗二 氰胺、1-甲基咪唑鎗氯化物、1-甲基咪唑鎗硫酸氫鹽、1-甲基-3-辛基咪唑鎗氯化物、1-甲 基-3-辛基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1-甲基-3-辛基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1-甲基-3-辛基咪唑鎗 三氟甲烷磺酸鹽、1-甲基-3-丙基咪唑鎗碘化物、1-甲基-3-丙基咪唑鎗甲基碳酸鹽溶液、 1-甲基-3-(3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 8-十三氟辛基）咪唑鎗六氟磷酸鹽、1-甲基-3-乙 烯基咪唑鎗甲基碳酸鹽溶液、1，2, 3-三甲基咪唑鎗甲基硫酸鹽、1，2, 3-三甲基咪唑鎗三 氟甲燒橫酸酯丙烯醜胺（1，2, 3-Trimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate purum)、1- 丁基-3-甲基咪唑鐵乙酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鐵氯化物、1- 丁基-3-甲基 咪唑鎗硫酸氫鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗甲烷磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗甲基硫酸鹽、 1- 丁基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗硫氰酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪 唑鎗三氟甲烷磺酸鹽、1-乙基-2, 3-二甲基咪唑鎗乙基硫酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗乙 酸鹽、1_乙基_3_甲基咪唑鐵氣化物、1-乙基_3_甲基咪唑鐵二氛胺、1-乙基_3_甲基咪 唑鎗二乙基磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗乙基硫酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗硫酸氫鹽、 1-乙基-3-甲基咪唑鎗氫氧化物溶液，1-乙基-3-甲基咪唑鎗甲烷磺酸鹽、1-乙基-3-甲基 咪唑鎗四氯鋁酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗硫氰酸鹽、 1-乙基-3-甲基咪唑鎗三氟甲烷磺酸鹽、1-甲基咪唑鎗氯化物、1-甲基咪唑鎗硫酸氫鹽、 α，α _[(甲基_9_十八碳烯基亞氨基）二_2, 1-乙燒二基]雙[ω -輕基-聚（氧-1，2_乙燒 二基）]甲基硫酸鹽、1，2, 3-三甲基咪唑鎗甲基硫酸鹽、1，2, 4-三甲基吡唑鎗甲基硫酸鹽、 四丁基磷鎗甲烷硫酸鹽、四丁基磷鎗四氟硼酸鹽、四丁基磷鎗對(duì)甲苯磺酸鹽、三丁基甲基磷 鎗二丁基磷酸鹽、三丁基甲基磷鎗甲基碳酸鹽溶液、三丁基甲基磷鎗甲基硫酸鹽、三乙基甲 基磷鎗二丁基磷酸鹽、三己基十四烷基磷鎗雙（三氟甲基磺酰基）酰胺、三己基十四烷基磷 鐵雙（2, 4, 4_二甲基戊基）次勝酸鹽、二己基十四燒基憐鐵漠化物、二己基十四燒基憐鐵 氯化物、三己基十四烷基磷鎗癸酸鹽、三己基十四烷基磷鎗雙氰胺、3-(三苯基磷鎗基）丙 烷-1-磺酸鹽、3-(三苯基磷鎗基）丙烷-1-磺酸甲苯磺酸酯、1- 丁基-1-甲基哌啶鎗四氟 硼酸鹽、1-丁基-1-甲基哌啶鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1-丁基-1-甲基哌啶鎗六氟磷 酸鹽、4-乙基-4-甲基嗎啉鎗甲基碳酸鹽溶液、1，2, 3-三（二乙基氨基）環(huán)丙烯基鎗雙（三 氟甲烷磺酰）酰亞胺、1，2, 3-三（二乙基氨基）環(huán)丙烯基鎗二氰胺、環(huán)丙基二苯基锍四氟硼 酸鹽、三乙基锍雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎗雙（三氟甲基磺酰） 酰亞胺、1 _丁基_1_甲基批咯燒鐵溴化物、1_丁基_1 _甲基批咯燒鐵氯化物、1_丁基_1_甲 基吡咯烷鎗二氰胺、1- 丁基-1-甲基吡咯烷鎗六氟磷酸鹽、1- 丁基-1-甲基吡咯烷鎗碘化 物、1- 丁基-1-甲基吡咯烷鎗甲基碳酸鹽溶液、1- 丁基-1-甲基吡咯烷鎗四氟硼酸鹽、1-丁 基-1-甲基吡咯烷鎗三氟甲烷磺酸鹽、1-乙基-1-甲基吡咯烷鎗雙（三氟甲磺酰）酰亞胺、 1-乙基-1-甲基批略燒鐵漠化物、1-乙基-1-甲基批略燒鐵六氣憐酸鹽、1-乙基-1-甲基 吡咯烷鎗四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基吡啶鎗雙（三氟甲磺酰）酰亞胺、1-丁基-4-甲基 吡啶鎗六氟磷酸鹽、1- 丁基-4-甲基吡啶鎗碘化物、1- 丁基-4-甲基吡啶鎗四氟硼酸鹽、 1- 丁基吡啶鎗溴化物、1-(3-氰基丙基）吡啶鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1-(3-氰基丙 基）吡啶鎗氯化物、1-乙基吡啶鎗四氟硼酸鹽、N-乙基吡啶鎗溴化物-dl0、3-甲基-1-丙 基吡啶鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1，2, 4-三甲基吡唑鎗甲基硫酸鹽、1-乙基-3-甲基 咪唑鎗氯化物、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗氯化物、1-乙基-3-甲烷咪唑鎗甲基磺酸鹽、1-乙 基-3-甲基咪唑鎗乙基硫酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗二乙基磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪 唑鎗二氰胺、1-乙基-3-甲基咪唑鎗乙酸鹽、三-(2-羥乙基）甲基銨甲基硫酸鹽、1-乙 基-3-甲基咪唑鎗硫氰酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗三 氟甲烷磺酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎗雙（三氟甲烷磺酰）酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑 鎗甲基碳酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗甲基碳酸鹽、芐基二甲基十四烷基銨無(wú)水氯化物、芐 基三甲基銨三溴化丙烯酰胺、丁基三甲基銨雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、二乙基甲基（2-甲 氧基乙基）銨雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、乙基二甲基丙基銨雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、 2- 輕乙基-三甲基銨L_(+)_乳酸鹽、甲基三辛基溴化物銨（Methyltrioctadecylammonium bromide)、甲基三辛基銨雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、甲基三辛基銨雙（三氟甲基磺酰）酰 亞胺、甲基三辛基硫酸氫銨、甲基三辛基硫代水楊酸銨、四丁基苯甲酸銨、四丁基銨雙-三 氟甲砜亞胺鹽、四丁基銨十七氟辛烷磺酸鹽、四丁基銨氫氧化30-水合物、四丁基銨甲磺酸 鹽丙烯酰胺、四丁基銨亞硝酸鹽、四丁基銨九氟丁磺酸鹽、四丁基銨琥珀酰亞胺、四丁基銨 苯硫酚鹽、四丁基銨三溴化丙烯酰胺、四丁基銨三碘化物、四月桂基銨溴化物、四月桂基銨 氯化物、四鯨蠟基銨溴化丙烯酰胺、四己基銨溴化丙烯酰胺、四己基硫酸氫銨、四己基銨碘 化物、四己基銨四氟硼酸鹽、四（癸基）溴化銨（Tetrakis(decyl)ammonium bromide)、四甲 基五水氫氧化銨（Tetramethylammonium hydroxide pentahydrate)、四正辛基溴化銨丙烯 酰胺、三丁基甲基氯化銨、三丁基甲基二丁基磷酸銨、三丁基甲基銨甲基碳酸鹽、三丁基甲 基銨甲基硫酸鹽、三（2-羥乙基）甲基銨甲基硫酸鹽，三乙基甲基銨二丁基磷酸鹽、三乙基 甲基銨甲基碳酸鹽、喬林乙酸鹽（Cholin acetate)、1_烯丙基-3-甲基咪唑鐵雙（三氟甲基 磺酰）酰亞胺、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎗溴化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎗氯化物、1-烯丙 基-3-甲基咪唑鎗二氰胺、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎗碘化物、1-芐基-3-甲基咪唑鎗氯化 物、1-芐基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、1-芐基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、1，3-雙（氰基 甲基）咪唑鎗雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺、1，3-雙（氰基甲基）咪唑鎗氯化丙烯酰胺、1-丁 基 _2, 3_二甲基咪唑鐵氣化物、1- 丁基_2, 3_二甲基咪唑鐵六氣憐酸鹽、1_ 丁基_2, 3_二 甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、4-(3- 丁基-1-咪唑鎗基）-1- 丁烷磺酸鹽、4-(3- 丁基-1-咪唑鎗 基）-1_ 丁磺酸三氟甲烷磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙 (三氟甲基磺酰）酰亞胺、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗溴化物、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗氯化物、 1- 丁基-3-甲基咪唑鎗二丁基磷酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑鎗六氟銻酸鹽、1- 丁基-3-甲 基咪唑鎗硫酸氫鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、以及它們的混合物。優(yōu)選地，等離 子體兼容液體具有約800至5, OOOg/mol的分子量，更優(yōu)選地，所述一種或多種液體的分子 量大于約1，〇〇〇克/mol。
[0016] 等離子體兼容液體優(yōu)選地存儲(chǔ)在至少一個(gè)液體供給器中，其中，液體被配置為供 給到室壁的暴露于等離子體的表面，諸如室壁的暴露于等離子體的表面，以在半導(dǎo)體襯底 的處理之前和/或過(guò)程中在該表面上形成保護(hù)性液體層。液體優(yōu)選連續(xù)地供給到室壁的 上部，其中，重力的作用使液體流經(jīng)室壁的表面到其下部。替代地，液體可以供給到室壁，其 中，室壁被構(gòu)造成轉(zhuǎn)動(dòng)，使得液體流經(jīng)室壁的表面。所供給的液體可以通過(guò)工藝配方來(lái)確 定。例如，可以選擇液體使其與具體的處理步驟兼容，基于此，選擇用于該具體的處理步驟 的工藝氣體。
[0017] 當(dāng)暴露于等離子體時(shí)，流動(dòng)的保護(hù)性液體層形成揮發(fā)性副產(chǎn)物，該揮發(fā)性副產(chǎn)物 可以從真空室中移除。在這種方式下，由金屬材料形成的室壁其暴露于等離子體的部分不 需要包括保護(hù)性陶瓷涂層。例如，以前暴露于等離子體的部分包含陶瓷外涂層（如氧化釔 外涂層）的室壁不必包括陶瓷涂層，并且進(jìn)一步地，以前由碳化硅材料制成的室壁現(xiàn)在可 由鋁形成，從而可減少用于等離子體處理裝置中的壁的所需要的材料和機(jī)加工成本。形成 室壁的暴露于等離子體的表面上的流動(dòng)的保護(hù)性液體層的液體還形成液體-等離子體界 面。
[0018] 在一實(shí)施方式中，形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層的液體在等離子體處理過(guò)程中往來(lái)于 真空室循環(huán)。液體可以供給到室壁的暴露于等離子體的表面、流經(jīng)室壁的表面、并返回到液 體供給器，或者在一替代實(shí)施方式中，液體可以供給到室壁的分送通道，其中分送通道與室 壁的暴露于等離子體的表面流體連通。液體可以通過(guò)熱交換器進(jìn)行循環(huán)，從而保持室壁的 暴露于等離子體的表面在受控溫度下。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，液體可以循環(huán)通過(guò)過(guò)濾 器，使得液體中的產(chǎn)生于半導(dǎo)體襯底的處理過(guò)程中的非揮發(fā)性蝕刻副產(chǎn)品以及雜質(zhì)得以去 除。另外，由于在液體-等離子體界面處的液體在等離子體處理工藝期間由于暴露于等離 子體而帶電，液體可循環(huán)通過(guò)放電管，從而除去在液體中由于在等離子體處理過(guò)程期間暴 露于等離子體而累積的電荷。
[0019] 將等離子體兼容液體供給到室壁的暴露于等離子體的表面，其中液體流過(guò)表面， 以在其上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層。優(yōu)選地，在等離子體兼容液體和接收液體的暴露于等 離子體的表面之間的潤(rùn)濕力克服了可能會(huì)導(dǎo)致液體形成液滴的液體粘附力。暴露于等離子 體的表面優(yōu)選是傾斜或堅(jiān)直的，從而暴露于等離子體的表面和液體之間的接觸角以及表面 張力和/或液體的粘度使得液體保留在暴露于等離子體的表面，以形成流動(dòng)的防護(hù)性液體 層，并且不會(huì)在暴露于等離子體的表面上形成液滴或從該表面滴落。優(yōu)選地，傾斜的暴露 于等離子體的表面的角度大于45度，但是在某些情況下，根據(jù)等離子體兼容液體的具體情 況，可以使用小于45度的角度。此外，暴露于等離子體的表面可以包括微槽和/或肋狀物， 其中所述微槽和/或肋狀物引導(dǎo)和分送液體，從而在室壁的暴露于等離子體的表面上形成 連續(xù)的保護(hù)性液體層。
[0020] 優(yōu)選地，其中可以用來(lái)實(shí)施本文所公開(kāi)的實(shí)施方式的等離子體處理裝置是電感耦 合等離子體處理裝置、電容耦合等離子體處理裝置、電子回旋共振等離子體處理裝置、螺旋 波等離子體處理裝置、或微波等離子體處理裝置。Lam Research Corporation的Kiyo系統(tǒng) 可用于實(shí)施本文所公開(kāi)的實(shí)施方式。
[0021] 圖1A示出了可以根據(jù)本文所公開(kāi)的實(shí)施方式中使用的等離子體裝置。該裝置包 括真空室10。襯底支撐件12包括靜電卡盤(pán)34,靜電卡盤(pán)34給襯底13提供夾持力和RF偏 壓。襯底13可以使用傳熱氣體（例如氦氣）進(jìn)行背面冷卻。邊緣環(huán)200約束襯底上方區(qū) 域中的等離子體。用于在室中維持高密度（例如，1〇 9_1〇12離子/cm3)等離子體的能量源， 如由適當(dāng)?shù)腞F源19供能以提供高密度等離子體的天線18,其設(shè)置在真空室10的頂部。真 空室10包括用于保持室的內(nèi)部在所希望的壓強(qiáng)（例如，低于100毫托，典型地1-20毫托） 下的真空抽吸裝置。
[0022] 電介質(zhì)窗20設(shè)置在天線18和真空室10的內(nèi)部之間，并且形成在真空室10頂部 的真空壁。氣體分配板22任選地設(shè)置在窗20的下方，并且包括用于將工藝氣體從氣體源 23輸送到室10的開(kāi)口。優(yōu)選為錐形的室內(nèi)襯30從氣體分配板22延伸并圍繞襯底支架12。 天線18可以設(shè)置有通道24,溫度控制流體可以經(jīng)由入口和出口導(dǎo)管25, 26通過(guò)通道24流 動(dòng)。但是，天線18和/或窗20不需要冷卻，或者可以通過(guò)另一合適的技術(shù)冷卻，合適的技術(shù) 如通過(guò)將氣體吹過(guò)天線和窗、使冷卻流體通過(guò)窗和/或氣體分布板、或使冷卻流體與窗和/ 或氣體分布板進(jìn)行傳熱接觸等。
[0023] 在操作中，例如半導(dǎo)體晶片之類(lèi)的襯底13定位在襯底支架12上，并通過(guò)靜電卡盤(pán) 34保持在適當(dāng)位置。但也可以使用其他夾持裝置，諸如機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)。另外，氦背面冷卻可 用于改善襯底和卡盤(pán)之間的熱傳遞?？梢酝ㄟ^(guò)讓工藝氣體通過(guò)窗20和氣體分配板22之間 的間隙而將工藝氣體供給到真空處理室10。合適的氣體分配板裝置（即，噴頭）在共同擁 有的美國(guó)專(zhuān)利No. 5, 824, 605 ;No. 6, 048, 798 ;和No. 5, 863, 376中披露，其中每一個(gè)其全文 通過(guò)引用并入本文中。通過(guò)提供適當(dāng)?shù)腞F功率到天線18,在介于襯底和窗之間的空間中點(diǎn) 燃高密度等離子體。
[0024] 在替代的優(yōu)選實(shí)施方式中，電感耦合等離子體處理裝置可以包括氣體注入器，氣 體注入器供給工藝氣體到所述真空室的內(nèi)部。例如，如圖1B所示，電感耦合等離子體處理 裝置可以包括真空室10。真空室10包括用于在真空室10內(nèi)部支撐襯底13的襯底支架12， 其中該襯底支架12包括邊緣環(huán)200。電介質(zhì)窗20形成真空室10的頂壁。工藝氣體通過(guò)氣 體注入器22注入到真空室10的內(nèi)部。氣體供給器23通過(guò)氣體注入器22供給工藝氣體到 真空室10的內(nèi)部。
[0025] 一旦工藝氣體被引入到真空室10的內(nèi)部，就通過(guò)天線18將能量供給到真空室10 的內(nèi)部，從而將工藝氣體激勵(lì)成等離子體狀態(tài)。優(yōu)選地，天線18是由RF源19a和RF阻抗 匹配電路19b供電從而將RF能感應(yīng)耦合到真空室10中的外部平面天線。但是，在一替代 實(shí)施方式中，天線18可以是非平面的外部的或嵌入的天線。通過(guò)施加 RF功率到平面天線 而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)激勵(lì)工藝氣體以在襯底13上形成高密度等離子體（例如109_1012離子/ cm3) 〇
[0026] 在圖1A和1B中，等離子體處理裝置的室壁的暴露于等離子體的表面其上包括流 動(dòng)的保護(hù)性液體層。例如，這樣的室壁可以包括至少室襯30和真空室壁304。
[0027] 圖2A示出了包括液體供給器的等離子體處理裝置，其中可以實(shí)施包括本文所公 開(kāi)的流動(dòng)的保護(hù)性液體層的室壁的實(shí)施方式。等離子體處理裝置包括真空室10,真空室10 包括用于在真空室10內(nèi)部支撐襯底的襯底支架12。工藝氣體通過(guò)氣體注入器22注入到 真空腔10的內(nèi)部，其中，一旦工藝氣體被引入到真空室10的內(nèi)部，就通過(guò)提供能量到真空 室10的內(nèi)部的天線18將工藝氣體激勵(lì)成等離子體狀態(tài)。真空室10與液體供給器250流 體連通，使得等離子體兼容液體可以通過(guò)液體流入通道225輸送到真空室10中的室壁，并 從真空室10通過(guò)液體流出通道226返回到液體供給器250。在真空室10內(nèi)的室壁的暴露 于等離子體的表面（如暴露于等離子體的表面301)其上優(yōu)選地包括流動(dòng)的保護(hù)性液體層 302,其中流動(dòng)的保護(hù)性液體層是通過(guò)將液體供給到室壁的暴露于等離子體的表面的上部 并使液體流到室壁的暴露于等離子體的表面的下部形成的。
[0028] 液體從液體供給器250通過(guò)液體流入通道225供給到真空室10的暴露于等離子 體的表面301。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，液體流入通道225可以分為多個(gè)流入通道，使得液 體輸送到分開(kāi)的暴露于等離子體的表面301或者相同的暴露于等離子體的表面301的分開(kāi) 的部分。例如，如圖2A所示，液體流入通道225可以分為液體流入通道225a和液體流入通 道225b，液體流入通道225a將液體輸送到上部（頂部）室壁305的上部（在下文中稱(chēng)為 天花板），液體流入通道225b將液體輸送到室側(cè)壁304的上部。側(cè)壁304優(yōu)選包括分送通 道201和進(jìn)給通路201a，其中液體可以從分送通道201通過(guò)進(jìn)給通路201a輸送到側(cè)壁304 的暴露于等離子體的表面301。另外，液體可以供給到天花板305中的分送通道201，其中 天花板305的分送通道201中的液體被配置為從分送通道201溢流到天花板305的暴露于 等離子體的表面301。在一替代實(shí)施方式中，天花板305的分送通道201和天花板305的 暴露于等離子體的表面301可以通過(guò)進(jìn)給通路流體連通。優(yōu)選地，分送通道201是形成在 室側(cè)壁304或天花板305中的環(huán)形通道。重力的作用促使液體流經(jīng)暴露于等離子體的表面 301，其中液體從側(cè)壁304和天花板305的各自的上部流到側(cè)壁304和天花板305的各自的 下部，使得流動(dòng)的保護(hù)性液體層302形成在側(cè)壁304和天花板305的暴露于等離子體的表 面301。當(dāng)然，在一替代實(shí)施方式中，液體可單獨(dú)供給到天花板305,其中液體被配置成從天 花板305流向側(cè)壁304,或替代地液體可單獨(dú)供給到側(cè)壁304。
[0029] 液體供給器250可以連接到氣體供給器262和真空泵251，使得可以控制液體在液 體供給器250中的壓強(qiáng)。在氣體供給器262中的氣體優(yōu)選是惰性氣體，如氦、氦、氮?dú)狻８?離閥260a是可操作的，以關(guān)閉真空室10的液體流出通道226,從而液體供給器250中的壓 強(qiáng)和真空室10中的真空壓強(qiáng)之間的壓差可以促使液體通過(guò)液體流入通道225和過(guò)濾器326 而流向側(cè)壁304和/或天花板305的暴露于等離子體的表面301，使得流經(jīng)暴露于等離子 體的表面301上的液體的厚度可以保持在預(yù)定的厚度。另外，液體供給器250可以連接到 液體泵257。液體泵257優(yōu)選地被配置成朝向側(cè)壁304和/或天花板305的暴露于等離子 體的表面301泵送等離子體兼容液體，使得暴露于等離子體的表面301上的液體的厚度可 以保持在預(yù)定的厚度。優(yōu)選地，形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層302的液體的厚度保持在約1至 5000微米，在另一實(shí)施方式中，保持在約100微米或更大的厚度。過(guò)濾器326被配置成除去 液體中的可能在半導(dǎo)體襯底的等離子體處理過(guò)程中由該液體捕獲的雜質(zhì)和非揮發(fā)性蝕刻 副產(chǎn)品。此外，該液體可以循環(huán)通過(guò)熱交換器327,由此將側(cè)壁304和天花板305的暴露于 等離子體的表面301保持在期望的溫度，以及可以循環(huán)通過(guò)放電管328以除去在液體中的 由于在等離子體處理過(guò)程中暴露于等離子體而累積的電荷。
[0030] 真空室10優(yōu)選地在其下部包括液體收集盤(pán)306,其可以收集流經(jīng)真空室10內(nèi)的暴 露于等離子體的表面301的液體。液體一旦收集，就可以通過(guò)液體流出通道226返回到液 體供給器250,其中可以將液體過(guò)濾，以在該液體再次供給到真空容器10的暴露于等離子 體的表面301之前，除去在等離子體處理過(guò)程中已由形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層302的該液 體捕獲的有害雜質(zhì)和非揮發(fā)性蝕刻副產(chǎn)品。在另一實(shí)施方式中，液體可在返回到液體供給 250之前被過(guò)濾。
[0031] 在一實(shí)施方式中，等離子體兼容液體可流經(jīng)室壁的暴露于等離子體的表面到達(dá)與 室壁相鄰的部件。例如，液體可流經(jīng)天花板305的暴露于等離子體的表面，其中所述液體被 配置成從天花板305流至室壁304。替代地，液體可以被配置為從天花板305或室壁304流 向相鄰部件，其中所述液體被配置為匯聚在相鄰部件的暴露于等離子體的表面上，由此在 其暴露于等離子體的表面上形成靜電保護(hù)性液體層。例如，液體可以流過(guò)室襯，其中所述液 體被配置為在室襯的水平表面上匯聚。
[0032] 圖2B示出了包括液體供給器的等離子體處理裝置，其中可以實(shí)施包括本文所公 開(kāi)的流動(dòng)的保護(hù)性液體層的室壁的實(shí)施方式。在如圖2B所示的實(shí)施方式中，真空室10可 包括內(nèi)壁310,其中等離子體被保持在內(nèi)壁310上方的真空室10中。內(nèi)壁310包括開(kāi)口，例 如徑向槽344(參見(jiàn)圖2E)，其中，所述開(kāi)口允許保持在內(nèi)壁310的上部的暴露于等離子體 的表面的上方的等離子體擴(kuò)散到內(nèi)壁310的下部的暴露于等離子體的表面的下方，以等離 子體處理支撐在襯底支撐件12上的襯底。由內(nèi)壁310中開(kāi)口限定的空間優(yōu)選有等于內(nèi)壁 310的面積的約10至90%的面積。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)壁310的暴露于等離子體的表 面是傾斜的或堅(jiān)直的表面。優(yōu)選地，內(nèi)壁310是法拉第屏障。
[0033] 液體從液體供給器250通過(guò)液體流入通道225被供給到真空室10的內(nèi)壁310的 暴露于等離子體的表面301。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，該液體被供給到內(nèi)壁310的上部的 暴露于等離子體的表面和內(nèi)壁310的下部的暴露于等離子體的表面兩者，其中液體在上部 的暴露于等離子體的表面和下部的暴露于等離子體的表面上都形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層 302。在一更優(yōu)選的實(shí)施方式中，該液體被供給到壁310的所有的暴露表面。內(nèi)壁310可以 包括分送通道201和其中的進(jìn)給通路，其中，液體可從分送通道201通過(guò)進(jìn)給通路輸送到內(nèi) 壁310的暴露于等離子體的表面。進(jìn)給通路可以被配置為輸送液體至壁310的上部（液體 流的起始點(diǎn)311)，其中，重力促使液體從內(nèi)壁310的上部流經(jīng)暴露于等離子體的表面至內(nèi) 壁310的下部，使得在內(nèi)壁310的暴露于等離子體的表面301上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層 302。替代地，可將液體供給到分送通道201，其中，液體從在液體流動(dòng)起始點(diǎn)311的分送通 道201溢流至壁310的暴露于等離子體的表面301。優(yōu)選地，內(nèi)壁310被設(shè)置成使得流經(jīng)內(nèi) 壁310的液體可以流到室側(cè)壁304的暴露于等離子體的表面301，其中該液體在該表面上可 以形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層302。在一替代的實(shí)施方式中，如圖2A所示，液體可以被獨(dú)立地 提供給側(cè)壁304。
[0034] 圖2C示出了可包括如本文所述的流動(dòng)的保護(hù)性液體層302的示例性的暴露于等 離子體的表面301。等離子體兼容液體被供給至室壁304的暴露于等離子體的表面301，其 中液體流過(guò)表面301，以形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層302。優(yōu)選地，接收液體的暴露于等離子 體的表面301是傾斜的或堅(jiān)直的表面，從而液體的表面張力和在液體和暴露于等離子體的 表面301之間的接觸角造成液體形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層302,并且不在暴露于等離子體 的表面形成液滴，也不從該暴露于等離子體的表面滴落。暴露于等離子體的表面301可以 包括微槽340,其中所述微槽340被構(gòu)造成引導(dǎo)和分送液體，從而形成連續(xù)流動(dòng)的保護(hù)性液 體層302。暴露于等離子體的表面301也可包括肋狀物341，肋狀物341引導(dǎo)和分送液體， 從而形成連續(xù)流動(dòng)的保護(hù)性液體層302。
[0035] 圖2D示出了包括液體供給器的等離子體處理裝置，其中可以實(shí)施包括本文所公 開(kāi)的流動(dòng)的保護(hù)性液體層的機(jī)構(gòu)的室壁的實(shí)施方式。等離子體處理裝置包括真空室10,真 空室10包括用于在所述真空室內(nèi)部支撐襯底10的襯底支撐件12。工藝氣體通過(guò)氣體注 入器22注入到真空室10的內(nèi)部，其中，一旦工藝氣體被引入到真空室10的內(nèi)部，它們由天 線18激勵(lì)成等離子體狀態(tài)，天線18提供能量到真空室10的內(nèi)部。真空室10與液體供給 器250流體連通，其中液體流入通道225和液體流出通道226被配置為使等離子體兼容液 體在它們之間循環(huán)。真空室10優(yōu)選地包括可旋轉(zhuǎn)的室襯30,其中通過(guò)供給液體到室襯30 的暴露于等離子體的表面301的一部分，同時(shí)旋轉(zhuǎn)室襯30,使得保護(hù)性液體流經(jīng)室襯30的 暴露于等離子體的表面301，從而形成的流動(dòng)的保護(hù)性液體層302。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)380被配置為 旋轉(zhuǎn)室襯30,從而室襯30的旋轉(zhuǎn)造成液體流經(jīng)室襯30的暴露于等離子體的表面301。
[0036] 液體從液體供給器250通過(guò)液體流入通道225供給到真空室10的暴露于等離子 體的表面301。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，液體流入通道225可以分為多個(gè)流入通道，使得液 體被輸送到分開(kāi)的暴露于等離子體的表面301或同一暴露于等離子體的表面301的分開(kāi)的 部分。例如，液體流入通道225可以分為輸送液體到天花板305的液體流入通道225a，和輸 送液體到可旋轉(zhuǎn)室襯30的液體流入通道225b。在一實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)380可以被配 置為旋轉(zhuǎn)天花板?？尚D(zhuǎn)室襯30優(yōu)選地包括分送通道201和進(jìn)給通路201a，其中液體可 從分送通道201通過(guò)進(jìn)給通路201a輸送到可旋轉(zhuǎn)室襯30的暴露于等離子體的表面301a。 另外，液體可以供給到天花板中的分送通道201，其中天花板305的分送通道201中的液體 被配置為從分送通道201溢流到天花板305的暴露于等離子體的表面301。在一替代實(shí)施 方式中，天花板305和天花板305的暴露于等離子體的表面301通過(guò)進(jìn)給通路可以流體連 通。旋轉(zhuǎn)室襯30和/或天花板305促使液體流經(jīng)其暴露于等離子體的表面301，使得在可 旋轉(zhuǎn)的室襯30和/或可旋轉(zhuǎn)的天花板305的暴露于等離子體的表面301上形成流動(dòng)的保 護(hù)性液體層302。在一實(shí)施方式中，可旋轉(zhuǎn)室襯30的分送通路201可以是從室襯30的下部 運(yùn)行到室襯30的上部的通道。替代地，分送通路可以是在室襯30的上部的環(huán)狀通道。
[0037] 圖3示出了用于輸送液體至等離子體處理室的示例性的液體輸送組件400。液體 輸送組件400包括第一液體供給器250。第一液體供給器250與室的出口流體連通，并且 可以通過(guò)液體流出通道226從室的出口處接收液體。第一液體供給器250也與第一真空泵 251和氣體供給器262流體連通，使得第一液體供給器250的壓強(qiáng)可以被控制，其中第一壓 強(qiáng)計(jì)252測(cè)量第一液體供給器250的壓強(qiáng)。液體流出通道226包括位于所述第一液體供給 器250和室的出口之間的第一隔離閥260a。第一隔離閥260a當(dāng)處于打開(kāi)位置時(shí)允許由在 真空室10的液體收集盤(pán)306收集的液體返回到第一液體供給器250中，同時(shí)當(dāng)處于關(guān)閉位 置時(shí)阻止液體往來(lái)于所述室的出口流動(dòng)。第二隔離閥260b位于第一液體供給器250和第 二液體供給器250a之間。當(dāng)?shù)诙綦x閥260b處于關(guān)閉位置時(shí)，第二隔離閥260b使第一液 體供給器250與第二液體供給器250a流體隔離，并且，當(dāng)處于打開(kāi)位置時(shí)，第二隔離閥260b 允許第一液體供給器250輸送液體至第二液體供給器250a。第三隔離閥260c位于第一液 體供給器250和氣體供給器262之間。第三隔離閥260可以被打開(kāi)，以允許氣體被輸送到 第一液體供給器250,其中輸送的氣體增加了第一液體供給器250的壓強(qiáng)，從而當(dāng)?shù)诙綦x 閥260b處于打開(kāi)位置時(shí)可以促使液體流向第二液體供給器250a。第一真空泵251可以被 操作來(lái)降低第一液體供給器250的壓強(qiáng)，使得第一液體供給器250的壓強(qiáng)以及在第一液體 供給器250和第二液體供給器250a之間的壓強(qiáng)差可以進(jìn)行微調(diào)，并且可促使所需量的液體 流向或遠(yuǎn)離第二液體供給器250a。
[0038] 第二液體供給器250a進(jìn)一步與氣體供給器262和第二真空泵251a流體連通，使 得第二液體供給器250a中的壓強(qiáng)可以被控制，其中第二壓強(qiáng)計(jì)252測(cè)量第二液體供給器 250a中的壓強(qiáng)。第四隔離閥260d可以被打開(kāi)，允許輸送氣體到第二液體供給器250a，其 中所述輸送的氣體增加了第二液體供給器250a的壓強(qiáng)，從而當(dāng)在第二液體供給器250a和 真空室之間的第五隔離閥260e處于打開(kāi)位置時(shí)可促使液體流向所述真空室。第二真空泵 251a可以被操作來(lái)減少在第二液體供給器250a中的壓強(qiáng)，使得第二液體供給器250a中的 壓強(qiáng)以及在第二液體供給器250a和真空室10之間的壓強(qiáng)差可以進(jìn)行微調(diào)，并且當(dāng)?shù)谖甯?離閥260e處于打開(kāi)位置時(shí)，可促使所需量的液體通過(guò)液體流入通道225流向或離開(kāi)所述真 空室。另外，第二液體供給器250a和真空室之間的壓強(qiáng)差可以促使液體通過(guò)容納在液體流 入通道225中的過(guò)濾器326,使得可除去由液體捕獲的雜質(zhì)和/或非揮發(fā)性的蝕刻副產(chǎn)物。 替代地，或除容納在液體流入通道225中的過(guò)濾器以外，也可以在第一液體供給器250和第 二液體供給器250a之間設(shè)置過(guò)濾器，或在第一液體供給器250和真空室10的出口之間的 液體流出通道226中設(shè)置過(guò)濾器。
[0039] 優(yōu)選地，在第一液體供給器250中的壓強(qiáng)優(yōu)選維持在等于或低于在等離子體處理 程序過(guò)程中真空室中的處理壓強(qiáng)，使得液體從室中流向第一液體供給器250。在處理的一 部分過(guò)程中，當(dāng)?shù)诙綦x閥260b處于打開(kāi)位置時(shí)，第二液體供給器250a中的壓強(qiáng)被維持在 與第一液體容器250中的壓強(qiáng)相同的壓強(qiáng)，使得液體可從第一液體供給器250流到第二液 體供給器250a。然后第二隔離閥260b可以在處理的一部分過(guò)程中關(guān)閉，其中，第四隔離閥 260d可以被打開(kāi)，使得氣體供給器262增大第二液體供給器250a中的壓強(qiáng)，液體通過(guò)過(guò)濾 器326被推向真空室。
[0040] 本文中額外所提供的是一種在等離子體裝置中等離子體處理半導(dǎo)體襯底的方法， 所述等離子體裝置諸如等離子體蝕刻室或沉積真空室，其中所述等離子體處理裝置包括室 壁，室壁具有流經(jīng)其暴露于等離子體的表面的保護(hù)性液體層。該方法包括：從液體供給器供 給等離子體兼容液體到真空室的室壁，使液體流經(jīng)室壁的暴露于等離子體的表面，從工藝 氣體源供給工藝氣體至該等離子體處理室中，使用RF能量源施加 RF能量至工藝氣體以在 等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，以及在等離子體處理室中等離子體處理半導(dǎo)體襯底。
[0041] 雖然參照具體的實(shí)施方式詳細(xì)描述了在其暴露于等離子體的表面上具有保護(hù)性 液體層的室壁，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見(jiàn)，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況 下可以做出各種改變和修改，以及采用等同方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其包括： 真空室，在其中處理半導(dǎo)體襯底； 工藝氣體源，其與所述真空室流體連通以將工藝氣體供給到所述真空室中； RF能量源，其適于在所述真空室中將所述工藝氣體激勵(lì)成等離子體狀態(tài)； 室壁，其中所述室壁包括用于將等離子體兼容液體供給到其暴露于等離子體的表面的 機(jī)構(gòu)，其中所述液體被供給到所述暴露于等離子體的表面的一部分并流經(jīng)所述暴露于等離 子體的表面，其中流動(dòng)的所述等離子體兼容液體在所述暴露于等離子體的表面上形成流動(dòng) 的保護(hù)性液體層；以及 液體供給器，其將所述等離子體兼容液體輸送到所述室壁。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中 (a) 用于供給所述液體的所述機(jī)構(gòu)包括所述室壁中的液體進(jìn)給通路，其中所述液體進(jìn) 給通路構(gòu)造來(lái)將所述液體分送到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面的上部使得所述 液體流動(dòng)到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面的下部從而在所述暴露于等離子體的 表面上形成所述流動(dòng)的保護(hù)性液體層； (b) 用于供給所述液體的所述機(jī)構(gòu)包括所述室壁中的分送通道，其中所述分送通道與 所述室壁中的液體進(jìn)給通路流體連通使得所述分送通道能夠使所述液體穿過(guò)所述液體進(jìn) 給通路供給到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面； (c) 用于供給所述液體的所述機(jī)構(gòu)包括所述室壁中的分送通道，其中所述液體被配置 為從所述分送通道溢流出使得所述分送通道能夠?qū)⑺鲆后w供給到所述室壁的所述暴露 于等離子體的表面； (d) 用于供給所述液體的所述機(jī)構(gòu)包括所述室壁中的液體流入通道和液體流出通道， 其中所述液體流入通道和所述液體流出通道與所述室壁中的分送通道流體連通使得供給 到所述室壁的所述液體能夠往來(lái)于所述室壁循環(huán)；和/或 (e) 用于供給所述液體的所述機(jī)構(gòu)包括所述室壁中的液體進(jìn)給通路，其中所述液體進(jìn) 給通路構(gòu)造來(lái)將所述液體分送到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面的一部分，其中所 述室壁被轉(zhuǎn)動(dòng)使得所述液體流經(jīng)所述室壁的所述暴露于等離子體的表面從而在所述暴露 于等離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中 (a) 所述室壁是多孔陶瓷而所述液體進(jìn)給通路是所述多孔陶瓷的孔，且所述孔被構(gòu)造 來(lái)將所述液體輸送穿過(guò)所述多孔陶瓷的所述孔到達(dá)所述室壁的所述暴露于等離子體的表 面；或者 (b) 所述室壁是金屬材料而所述液體進(jìn)給通路是成圖案的毛細(xì)管大小的洞，所述毛細(xì) 管大小的洞被構(gòu)造來(lái)將所述液體輸送到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中 (a) 所述室壁的所述暴露于等離子體的表面是傾斜表面； (b) 所述室壁的所述暴露于等離子體的表面是堅(jiān)直表面； (c) 所述室壁是室襯； (d) 所述室壁包括液體收集盤(pán)； (e) 所述室壁由鋁、鋁合金、氧化鋁、礬土、不銹鋼、氧化硅、石英、硅、碳化硅、YAG、氧化 釔、氟化釔、氧化鈰、氮化鋁、石墨或者它們的組合物制成； (f) 所述室壁包括其暴露于等離子體的表面上的微槽，其中所述微槽均勻地分送供給 到所述暴露于等離子體的表面的所述液體使得所述液體形成連續(xù)的流動(dòng)的保護(hù)性液體層； 和/或 (g) 所述室壁包括其暴露于等離子體的表面上的肋狀物，其中所述肋狀物分送供給到 所述暴露于等離子體的表面的所述液體使得所述液體形成連續(xù)的流動(dòng)的保護(hù)性液體層。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中 (a) 所述裝置是電感耦合等離子體處理裝置； (b) 所述裝置是電容耦合等離子體處理裝置； (c) 所述裝置是電子回旋共振等離子體處理裝置； (d) 所述裝置是螺旋波等離子體處理裝置；或者 (e) 所述裝置是微波等離子體處理裝置。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中 (a) 所述等離子體兼容液體以預(yù)定壓強(qiáng)儲(chǔ)存在所述液體供給器中，使得所述液體供給 器和所述真空室中的真空壓強(qiáng)之間的壓差促使所述液體流入朝著所述室壁的所述暴露于 等離子體的表面的所述液體進(jìn)給通路，其中所述預(yù)定壓強(qiáng)能夠被控制使得所述室壁的所述 暴露于等離子體的表面上的所述液體層的厚度能夠被維持在預(yù)定厚度；和/或 (b) 所述液體供給器包括泵，其中所述泵配置來(lái)將所述等離子體兼容液體向所述室壁 的所述暴露于等離子體的表面泵送使得所述室壁的所述暴露于等離子體的表面上的所述 液體的厚度能夠被維持在預(yù)定厚度。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中所述室壁是法拉第屏障，其中 所述法拉第屏障包括： (a) 傾斜的暴露于等離子體的表面； (b) 堅(jiān)直的暴露于等離子體的表面； (c) 上部的暴露于等離子體的表面； (d) 下部的暴露于等離子體的表面； (b) 所述法拉第屏障包括其暴露于等離子體的表面上的微槽，其中所述微槽均勻地分 送供給到所述暴露于等離子體的表面的所述液體使得所述液體形成連續(xù)的流動(dòng)的保護(hù)性 液體層； (c) 所述法拉第屏障包括液體收集盤(pán)；和/或 (d) 所述法拉第屏障包括其暴露于等離子體的表面上的肋狀物，其中所述肋狀物分送 供給到所述暴露于等離子體的表面的所述液體使得所述液體形成連續(xù)的流動(dòng)的保護(hù)性液 體層。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體等離子體處理裝置，其中 (a) 所述等離子體兼容液體是能夠流動(dòng)的氧化物前驅(qū)體； (b) 所述等離子體兼容液體是硅酮基液體； (c) 所述等離子體兼容液體是離子流體； (d) 所述等離子體兼容液體在約20°C具有低于約ΚΓ6托的蒸氣壓； (e) 所述等離子體兼容液體是全氟聚醚； (f) 所述等離子體兼容液體具有約800至5, OOOg/mol的分子量； (g) 所述等離子體兼容液體具有大于約l，〇〇〇g/mol的分子量； (h) 所述等離子體兼容液體選自由苯甲基硅氧烷、組成的群組。
9. 一種室壁，在其暴露于等離子體的表面上包括流動(dòng)的保護(hù)性液體層，其中所述室壁 包括用于將等離子體兼容液體供給到所述室壁的暴露于等離子體的表面的機(jī)構(gòu)，其中所述 液體被供給到所述暴露于等離子體的表面的一部分并流經(jīng)所述暴露于等離子體的表面，其 中流動(dòng)的所述等離子體兼容液體在所述暴露于等離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體 層。
10. -種用于將等離子體兼容液體輸送到等離子體處理裝置的真空室的液體輸送組 件，其包括： 第一液體供給器，其中該第一液體供給器與所述真空室的出口、第一真空泵、第二液體 供給器、氣體供給器以及測(cè)壓器流體連通，其中第一隔離閥位于所述第一液體供給器和所 述室的所述出口之間，第二隔離閥位于所述第一液體供給器和所述第二液體供給器之間， 且第三隔離閥位于所述第一液體供給器和所述氣體供給器之間； 其中所述第二液體供給器與所述氣體供給器、第二真空泵、第二測(cè)壓器以及所述真空 室的入口流體連通，其中第四隔離閥位于所述第二液體供給器和所述氣體供給器之間且第 五隔離閥位于所述第二液體供給器和所述真空室的所述入口之間； 其中所述第一液體供給器能夠在所述第一隔離閥處于打開(kāi)位置時(shí)從所述室接收液體， 所述第一液體供給器能夠在所述第二隔離閥處于打開(kāi)位置時(shí)輸送液體到所述第二液體供 給器，且其中所述第二液體供給器和所述室之間的壓差能夠在所述壓差大到足夠克服所述 第二液體供給器中的重力時(shí)促使所述液體穿過(guò)過(guò)濾器到所述室。
11. 一種在真空室中處理半導(dǎo)體襯底的同時(shí)在等離子體處理裝置中的室壁的暴露于等 離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層的方法，所述方法包括將等離子體兼容液體從液 體供給器供給到所述室壁的一部分并使所述液體流經(jīng)所述室壁的所述暴露于等離子體的 表面以在所述室壁的所述暴露于等離子體的表面上形成流動(dòng)的保護(hù)性液體層，同時(shí)在所述 真空室中等離子體處理所述半導(dǎo)體襯底。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括 (a) 控制所述液體供給器和所述真空室之間的壓差使得所述液體供給器和所述真空室 之間的壓差促使所述室壁中的液體進(jìn)給通路中的所述液體流向所述暴露于等離子體的表 面，其中所述壓差促使所述液體流向所述室壁的所述暴露于等離子體的表面使得預(yù)定厚度 的所述流動(dòng)的保護(hù)性液體層在所述半導(dǎo)體襯底的處理過(guò)程中被維持在所述室壁上； (b) 將所述液體供給器中的所述液體向所述室壁的所述暴露于等離子體的表面泵送且 在所述半導(dǎo)體襯底的處理過(guò)程中維持預(yù)定厚度的所述液體層流經(jīng)所述暴露于等離子體的 表面；或者 (c) 控制所述液體供給器和所述真空室之間的壓差使得所述液體供給器和所述真空室 之間的壓差促使所述室壁中的分送通道中的所述液體溢流到所述室壁的所述暴露于等離 子體的表面上，其中所述壓差使所述液體溢流到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面上 使得預(yù)定厚度的所述流動(dòng)的保護(hù)性液體層在所述半導(dǎo)體襯底的處理過(guò)程中被維持在所述 室壁上。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中 (a) 讓所述等離子體兼容液體流經(jīng)所述室壁的所述暴露于等離子體的表面使得所述流 動(dòng)的保護(hù)性液體層具有約1到5, 000微米的厚度； (b) 讓所述等離子體兼容液體流經(jīng)所述室壁的所述暴露于等離子體的表面使得所述流 動(dòng)的保護(hù)性液體層具有約100微米或更大的厚度； (c) 將所述等離子體兼容液體供給到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面中的微槽 使得供給到所述室壁的所述暴露于等離子體的表面的所述液體由所述微槽引導(dǎo)并形成連 續(xù)的流動(dòng)的保護(hù)性液體層； (d) 所述等離子體兼容液體是能夠流動(dòng)的氧化物前驅(qū)體； (e) 所述等離子體兼容液體是離子流體； (f) 所述等離子體兼容液體在約20°C具有低于約ΚΓ6托的蒸氣壓； (g) 所述等離子體兼容液體是全氟聚醚； (h) 所述等離子體兼容液體具有約800至5, 000g/m〇l的分子量；和/或 (i) 所述等離子體兼容液體具有大于約1，000g/m〇l的分子量；
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括 (a) 通過(guò)讓所述液體通過(guò)熱交換器循環(huán)而使所述暴露于等離子體的表面維持在受控的 溫度； (b) 讓所述液體通過(guò)過(guò)濾器循環(huán)使得所述液體中的由處理所述半導(dǎo)體襯底導(dǎo)致的雜質(zhì) 和/或非揮發(fā)性蝕刻副產(chǎn)品被移除；和/或 (c) 使所述液體通過(guò)放電管循環(huán)，其移除在所述液體中的因暴露于所述等離子體而積 累的電荷。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述液體在所述半導(dǎo)體襯底的等離子體處理過(guò)程 中以足以補(bǔ)償?shù)入x子體消蝕的所述流動(dòng)的保護(hù)性液體層的速率流經(jīng)所述暴露于等離子體 的表面。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述液體在所述半導(dǎo)體襯底的等離子體處理過(guò)程 中被連續(xù)地供給到所述暴露于等離子體的表面的上部且在所述暴露于等離子體的表面的 下部被收集,其中所述液體通過(guò)液體收集盤(pán)收集，其中所述液體收集盤(pán)與所述液體供給器 流體連通使得所述液體能夠從所述真空室返回所述液體供給器。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中 (a) 所述室壁包括多孔陶瓷材料而所述液體通過(guò)穿過(guò)所述多孔陶瓷材料到所述暴露于 等離子體的表面的毛細(xì)作用被供給到所述暴露于等離子體的表面； (b) 所述液體通過(guò)穿過(guò)所述室壁中的毛細(xì)管大小的洞的毛細(xì)作用被供給到所述暴露于 等離子體的表面；或者 (c) 所述室壁包括分送通道而所述液體通過(guò)從所述分送通道溢流出而被供給到所述暴 露于等離子體的表面。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述室壁的所述暴露于等離子體的表面是 (a) 室壁的堅(jiān)直表面和/或傾斜表面； (b) 室襯的堅(jiān)直表面和/或傾斜表面； (c) 法拉第屏障的堅(jiān)直表面和/或傾斜表面；和/或 (d)法拉第屏障的上部的暴露于等離子體的表面和/或下部的暴露于等離子體的表 面。
19. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述液體流經(jīng)所述暴露于等離子體的表面到鄰近 所述室壁的部件且其中 (a) 所述液體配置成在所述鄰近部件的暴露于等離子體的表面上匯聚從而在所述暴露 于等離子體的表面上形成靜態(tài)的保護(hù)性液體層；或者 (b) 所述液體配置成流經(jīng)所述鄰近部件的暴露于等離子體的表面。
20. -種在根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置中等離子體處理半導(dǎo)體襯底的方法，其包括： 將所述等離子體兼容液體從所述液體供給器供給到所述真空室的所述室壁； 使所述液體流經(jīng)所述室壁的所述暴露于等離子體的表面； 將所述工藝氣體從所述工藝氣體源供給到所述等離子體處理室中； 利用所述RF能量源將RF能量施加到所述工藝氣體以在所述等離子體處理室中產(chǎn)生等 離子體；以及 在所述等離子體處理室中等離子體處理半導(dǎo)體襯底。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK104217915SQ201410245384
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月4日
【發(fā)明者】哈梅特·辛格 申請(qǐng)人:朗姆研究公司