專利名稱：等離子加工室的溫控方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子加工室及等離子加工室溫控方法。更具體來說，本發(fā)明涉及一種在連續(xù)加工多個基片時用于冷卻面對基片的內(nèi)表面以防止加工漂移的方法和加工室。
真空加工室一般用于向真空室供應(yīng)工藝氣體并向氣體施加RF場的化學(xué)氣相淀積及在基片上腐蝕材料。在共同擁有的美國專利第4,340,462號和第5,200,232號中公開了平行板變壓器耦合等離子(TCP，也稱為ICP)，以及電子旋加速器共振(ECR)反應(yīng)器的實例。在加工過程中基片被基片座在真空室中固定就位。傳統(tǒng)的基片座包括機械式夾子和靜電夾子(ESC)。機械式夾子和ESC基片座的實例提供于共同擁有的美國專利第5,262,029號和1995年3月10日提交的美國申請第08/401,524號中。如美國專利第4,579,618號中所公開的那樣，電極形式的基片座可以向室中供應(yīng)射頻(RF)能源。
美國專利第4,948,458號、第5,198,718號、第5,241,245號、第5,304,279號和第5,401,350號中公開了等離子加工系統(tǒng)，其中，連接于射頻(RF)源的天線使加工室中的氣體增能而達到等離子狀態(tài)。在上述系統(tǒng)中，天線位于加工室外，RF能量通過一絕緣窗口供入室內(nèi)。這種加工系統(tǒng)可用于各種半導(dǎo)體加工場合，如腐蝕、淀積、防蝕涂層剝離等。
本發(fā)明的目的是當(dāng)基片被連續(xù)加工時通過控制面對基片的內(nèi)表面的溫度來克服加工漂移和加工后的基片質(zhì)量下降的問題。面對基片的內(nèi)表面的溫度控制可使基片被連續(xù)加工而極少加工漂移。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種方法，該方法用于控制構(gòu)成等離子加工室一個壁的絕緣件的內(nèi)表面的溫度。在該方法中，射頻能量通過絕緣窗口電感耦合，內(nèi)表面面對用于固定基片的基片座。該方法包括例如通過下述方式冷卻內(nèi)表面，即，使溫控流體與絕緣件熱傳遞接觸地通過以保持內(nèi)表面低于閾值溫度，以及連續(xù)地加工基片，同時保持內(nèi)表面低于閾值溫度。在加工如氧化腐蝕過程中閾值溫度可低于或等于90℃。絕緣件可以是一個室構(gòu)件如氣體分配板或絕緣窗口。
按照本發(fā)明的一個推薦實施例，絕緣件包括一個絕緣窗口或窗口/氣體分配板組合，溫控流體通過一條在RF天線中的通道，RF天線被窗口與室內(nèi)部隔開。溫控流體最好是絕緣液體，內(nèi)表面最好保持在低于或等于80℃的溫度。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種等離子加工室，它包括一個用于在加工室中固定基片的基片座、一個具有面對基片的內(nèi)表面的絕緣件、向加工室供應(yīng)工藝氣體的氣體源和一個冷卻機構(gòu)，該機構(gòu)冷卻絕緣件，這可以通過下述方式實現(xiàn)與絕緣件熱傳遞接觸地通過溫控流體，從而將內(nèi)表面冷卻得低于閾值溫度。
現(xiàn)在參閱以下附圖詳述本發(fā)明，圖中相同的零件使用相同的件號。


圖1是按照本發(fā)明的具有天線冷卻機構(gòu)的真空加工室的橫剖圖；圖2的溫度-時間曲線圖表示在沒有天線冷卻機構(gòu)的加工室中出現(xiàn)的加工漂移；圖3a-f是在圖2所示的加工過程中腐蝕的25個晶片的兩個連續(xù)運行的第2、第6、第12、第25、第42和第50個晶片的氧化腐蝕輪廓的顯微照相；圖4是圖1所示設(shè)備中窗口溫度的曲線圖，其中，天線是以每分鐘150立方英尺的空氣吹向天線而冷卻的；圖5是圖1所示設(shè)備中窗口和氣體分配板的溫度的曲線圖，其中，天線是使液體通過天線而冷卻的；圖6是按照本發(fā)明另一實施例的用于絕緣窗口和氣體分配板的安裝布置的橫剖圖。
在基片的等離子腐蝕中，加工結(jié)果取決于腐蝕速率、腐蝕輪廓及腐蝕選擇性，其中每一個都可以作為已被連續(xù)腐蝕的晶片數(shù)目的函數(shù)而變化。加工結(jié)果的這種變化稱為加工漂移。加工漂移使加工結(jié)果移出“加工窗口”，在“加工窗口”中得到的基片的規(guī)格對于其用途來說是可以接受的。當(dāng)出現(xiàn)加工漂移，加工結(jié)果移出“加工窗口”時，被加工的基片不在規(guī)格范圍內(nèi)，不能使用。
在氧化腐蝕加工中腐蝕的基片一般包括一個底層、一個待腐蝕的氧化物層和一個在氧化物層頂部形成的抗光蝕劑層。氧化物層可以是SiO2,BPSG,PSG或其它氧化物材料中的一種。底層可以是Si,TiN，硅化物或其它底層或基片材料。腐蝕選擇性是待腐蝕層的腐蝕速率比抗光蝕劑腐蝕速率，最好約為4∶1或更高。氧化物層比底層的腐蝕選擇性最好大于氧化物比抗光蝕劑的腐蝕選擇性，例如為40∶1。在基片的連續(xù)加工過程中由于加工室的溫度上升，上述腐蝕選擇性可能改變。例如，當(dāng)氧化腐蝕過程中加工室加熱至80℃以上時，在可能發(fā)生的反應(yīng)中CF3形成CF2和HF,CF2導(dǎo)致聚合物沉積增加，從而引起加工漂移。對于其它加工來說可能發(fā)生相同的問題，例如，沉積反應(yīng)或阻礙解脫(resist tripping)，其中與掩膜層的化學(xué)反應(yīng)引起聚合物沉積。這種沉積由于可引起晶片的不均勻加工因而是不合乎需要的，這個問題隨著更多的晶片被加工而加劇。
腐蝕如氧化物、金屬、聚硅(polysilicon)等層的加工室，以及膜沉積加工一般包括一個具有RF偏壓電極的基片支承件，以及一個當(dāng)進行He背面冷卻時用于在支承件上固定基片的夾子?；С屑话闶且后w冷卻的，以防止基片溫度增加到可接受的水平以上。但是，在鄰近或面對基片的被處理表面具有內(nèi)部室表面，如絕緣窗口或氣體分配板的加工室中，在基片加工過程中室表面可被加熱，而且由于這種溫度變化引起的腐蝕化學(xué)方面的變化，可引起不合乎需要的加工漂移。
在高密度等離子腐蝕反應(yīng)器(例如，感應(yīng)耦合、變壓器耦合，helicon等)，氧化物的腐蝕速率和腐蝕選擇性也可能隨著已連續(xù)加工的基片數(shù)目增加，室溫上升而發(fā)生變化。氧化物的腐蝕速率由于室溫上升而降低，直至最后腐蝕可能停止。腐蝕選擇性是被腐蝕層的腐蝕速率比抗光蝕劑層或底層的腐蝕速率，它也可能由于加工室中溫度上升而發(fā)生變化。
按照本發(fā)明，在基片上方的絕緣件的內(nèi)表面受到溫度控制，以便盡可能減小加工漂移問題。本發(fā)明特別適用于在絕緣材料，例如，通常覆蓋在硅、多晶硅、硅化物、氮化鈦、鋁等導(dǎo)電層或氮化硅等非導(dǎo)電材料上的二氧化硅(如含添加劑或不含添加劑的TEOS,BPSG,USG)(不含添加劑的旋裝玻璃)，熱氧化物，等離子氧化物等)。按照本發(fā)明，加工漂移可減小至下述程度在連續(xù)批量加工基片如半導(dǎo)體晶片(如25或更多的連續(xù)晶片)的過程中可使各基片連續(xù)保持(接觸孔、通道、溝槽等)特征，這些特征的尺寸為0.5μm或更小，縱橫比在2∶1至7∶1的范圍內(nèi)。
圖1表示按照本發(fā)明一實施例的真空加工室。真空加工室10包括一個基片座12，它向其上支承的基片提供RF偏壓；以及一個機械夾頭14，其用于夾緊基片同時對其進行He背面冷卻(He back cooled)。用于在室內(nèi)保持高密度。(例如，1011-1012離子/cm3)等離子狀態(tài)的能源，例如由適當(dāng)RF源和與電路匹配的適當(dāng)?shù)腞F阻抗供能的天線18向室10中感應(yīng)耦合RF能量，以便提高密度等離子體。上述室包括適當(dāng)?shù)恼婵毡盟驮O(shè)備，其用于使室內(nèi)保持需要的壓力(例如低于50毫乇，一般為1-20毫乇)。基本平面的厚度均勻的絕緣窗口設(shè)置在天線18和加工室10內(nèi)部之間，構(gòu)成加工室10頂部的真空壁。通常為淋頭的氣體分配板22設(shè)置在窗口下面，包括多個孔如圓孔(未畫出)，其用于借助氣源23向加工室10供應(yīng)工藝氣體。但是，天線18和/或窗口20可以通過其它技術(shù)冷卻，例如，向天線和窗口吹送空氣，與窗口和/或氣體分配板熱傳遞接觸地通過冷卻介質(zhì)等。
在沒有窗口溫控的感應(yīng)耦合等離子反應(yīng)器系統(tǒng)中等離子腐蝕半導(dǎo)體基片的過程中，呈腐蝕壁形狀的腐蝕輪廓由于在腐蝕過程中加工室內(nèi)出現(xiàn)溫升而可能發(fā)生變化。圖2所示時間-溫度曲線圖表示加工漂移對氧化腐蝕輪廓的影響。如圖3a-f所示，表示為六張顯微照相的被腐蝕基片的腐蝕輪廓隨連續(xù)加工基片的時間而變化。在加工開始時，第二個(圖3a)和第六個(圖3b)被腐蝕的基片具有的腐蝕壁，其橫截面幾乎是豎直的。當(dāng)加工進行至第十二個(圖3c)和第二十五個(圖3d)被腐蝕的基片時，腐蝕壁就不豎直了。在圖2所示的實驗中，當(dāng)已加工25個基片后，由于船(即，晶片盒)的改變和傳遞模量重調(diào)(transfer modulereset)，因而加工被延遲。這種延遲引起基片連續(xù)加工的中斷，導(dǎo)致曲線圖中所示的溫度下降。在船改變和傳遞模量重調(diào)后，加工室和窗口的溫度連續(xù)上升。從第四十二個(圖3e)和第五十個(圖3f)基片的橫截面可以看出，這些基片的腐蝕輪廓變形程度更大。由于腐蝕輪廓變形，正被腐蝕的接觸孔不能正確地穿過氧化物層腐蝕至底層。不能腐蝕穿過氧化物層，這可能引起最后的集成電路塊不能正常工作。
圖4是圖1所示設(shè)備的在25個硅半導(dǎo)體晶片運行過程中的參數(shù)曲線圖，其中，在圖的右側(cè)表示選擇性，在圖的左側(cè)表示在氮化鋁窗口各位置上的溫度。按照本發(fā)明，以每分鐘150立方英尺的速度向天線和窗口送風(fēng)，從而冷卻窗口。曲線A表示窗口中央的溫度，曲線B表示窗口外緣的溫度，曲線C表示在窗口中央和外緣之間位置上的溫度。曲線D表示在晶片中央的選擇性，曲線E表示在晶片外緣的選擇性。
圖4所示實驗結(jié)果是在感應(yīng)耦合等離子反應(yīng)器中進行的，該反應(yīng)器具有氮化鋁窗口(類似于圖1所示裝置，但在氣體分配板中央有一個10英寸的孔以露出窗口)，在窗口外表面上方相隔0.14英寸的螺旋天線上吹送空氣以冷卻窗口。天線被供送13.56MHz的RF能量，在基片支承件中的RF偏壓電極被供送4Mhz RF能量。在室中連續(xù)加工25個晶片之后，如圖3所示，窗口的溫度并未升至120℃以上。晶片的加工包括使用25sccm C2HF5和15sccm CHF3，進行90秒鐘的氧化腐蝕，天線應(yīng)用1100瓦特，在基片支承件中的底部偏壓電極應(yīng)用1300瓦特，室壓為5毫乇，底部電極為-10℃。上述氧化腐蝕后進行使用750sccm O2的10秒鐘的灰化步驟，天線應(yīng)用400瓦特，RF偏壓電極應(yīng)用100瓦特，室壓為15.5毫乇，隨后進行使用750sccm O2的50秒鐘的第二次灰化步驟，天線應(yīng)用400瓦特，RF偏壓功率為40瓦特。但是對于第2,6,12,18和25號晶片省略灰化步驟。包括運送和其它整理操作，每個晶片的循環(huán)時間約為230秒鐘。在0.68英寸和5.68英寸的半徑上使用探針測量窗口溫度。
圖5是在圖1所示設(shè)備中運行5個晶片過程中窗口溫度曲線圖。按照本發(fā)明，在天線應(yīng)用1850瓦特，在基片支承件中的RF偏壓電極應(yīng)用大約2100瓦特時，在天線中的通道中通過約為20℃的絕緣液體，以便冷卻窗口。在圖5中，曲線A表示窗口中央的溫度，曲線B表示離開窗口中央2.75英寸處的溫度，曲線C表示離開氣體分配板中央0.5英寸處的溫度，曲線D表示，離開板中央3英寸處的溫度，曲線E表示進入天線的冷卻劑的溫度，曲線F表示離開天線的冷卻劑的溫度。
在工作中，晶片放置在基片座12上，在采用He背面冷卻時一般由靜電夾頭、機械夾頭或其它夾緊機構(gòu)固定就位。然后使工藝氣體流過窗口20和氣體分配板22之間的間隙，從而向真空加工室10供應(yīng)工藝氣體。在共同擁有的美國專利申請第08/509,080號中公開了一種適當(dāng)?shù)臍怏w分配板(即，淋頭)裝置，其公開的技術(shù)內(nèi)容本說明書引作參考。例如，雖然圖1中窗口和氣體分配板裝置是平面的，具有一致的厚度，但是窗口和/或氣體分配板也可以是非平面的和/或具有不一致的厚度。然后向天線18供應(yīng)適當(dāng)?shù)腞F能量，從而在晶片和窗口之間空間點燃高密度等離子體。溫控流體流過天線18中的通道，將天線18、窗口20和氣體分配板22保持在閾值溫度以下的溫度上。
在氧化腐蝕過程中，室壓一般低于300毫乇，最好為2-40毫乇，天線功率為200-2000瓦特，最好為400-1600瓦特，RF偏壓為≤2200瓦特，最好為1200-2200瓦特，He背壓為5-40乇，最好為7-20乇。工藝氣體可以包括10-200sccm CHF3,10-100sccm C2HF5和/或10-100 C2F6。
如前所述，加工漂移可能導(dǎo)致氧化腐蝕速率、腐蝕輪廓和腐蝕選擇性的變化，這種加工漂移是由于連續(xù)加工多個基片而在加工室中的熱積蓄造成的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果與加工基片的等離子體接觸的窗口和/或氣體分配板的溫度可被保持在閾值溫度以下，那么可以顯著減小加工漂移。真空加工室10內(nèi)的其它表面如錐形環(huán)30的溫度也可以進行溫度控制，以便低于閾值溫度。
氣體分配板22的溫控可以使用通常24進行，該通道用于從閉合回路溫控器28通過天線18循環(huán)流體。該溫控器最好監(jiān)測窗口溫度，例如通過一個或多個溫度傳感器27監(jiān)測，并控制通過天線18的冷卻劑的溫度和流量，以便保持窗口低于閾值溫度。天線18最好與窗口有良好的熱接觸，以便在窗口和天線18之間形成充分的熱傳遞。窗口最好由高導(dǎo)熱的絕緣材料如氮化鋁制成，從而可以增進從天線18通過窗口向氣體分配板22的熱傳遞。氮化鋁的性質(zhì)包括熱傳導(dǎo)率為100w/m-k，密度為3.27gm/cm3，熱容量為0.2cal/gm-k，輻射能力為0.75。氣體分配板22最好也由導(dǎo)熱好的材料如氮化鋁制成，但是氣體分配板22也可以使用其它絕緣材料，如氧化鋁或石英。由于來自等離子體的離子轟擊，由氣體分配板22接受的熱量穿過窗口20，可以通過在天線18中流過冷卻流體，增加窗口和氣體分配板22之間的氣體壓力和/或在天線上吹送冷卻氣體的方式除去。
天線18可以具有各種形狀和輪廓，例如，基本呈平面的形狀和/或具有一或多個(如3至7)匝的螺旋形狀。通道24從冷卻流體入口至冷卻流體出口最好穿過天線18的所有部分。例如，冷卻流體可以從螺旋天線18的外部流向中央，或者從螺旋天線18的中央流向外部。天線可以借助任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)如銅焊或粘合劑(例如RTV)等結(jié)合于窗口上，這可以在天線和窗口之間形成良好的熱傳遞。穿過天線的冷卻流體最好是非導(dǎo)電液體，例如，去離子水或Fluroinert(DoPond生產(chǎn)的一種絕緣流體)。
按照本發(fā)明的一個替代實施例，天線可以包括粘合在天線的一個表面如頂面上的冷卻管。冷卻流體按照與通道24相同的方式流過冷卻管。
按照本發(fā)明的另一個替代實施例，窗口20和氣體分配板22可以制成一個單件。當(dāng)制成一個單件時，可以使窗口/氣體分配板22具有更好的導(dǎo)熱性和/或使橫過窗口和氣體分配板22的熱傳遞更為均勻。在制造單件的窗口/氣體分配板時，在生陶瓷絕緣材料上形成適當(dāng)?shù)臍怏w通道和出口孔，然后燒結(jié)而形成一個整體的板。為了防止等離子體在通道和/或孔中撞擊，通道和孔的尺寸最好足夠小，以避免在流體流動和天線工作過程中形成等離子體的狀態(tài)。
氣體分配板22的溫度可以通過控制天線18中的循環(huán)流體的溫度而得到控制。氣體分配板22的溫度需要保持在閾值溫度以下。例如，在氧化腐蝕的情形中，可以為120℃或更低，更好為90℃或更低，最好為80℃或更低，例如可以通過一個閉合回路冷卻系統(tǒng)來控制循環(huán)流體的溫度。在腐蝕過程中，窗口的溫度也可以通過調(diào)節(jié)氣體分配板后面的工藝氣體的壓力得到控制。另外，也可以通過下述方式調(diào)節(jié)溫度在工藝中或在晶片輸送過程中增設(shè)步驟如灰化步驟(ashing siteps)，從而形成延遲，使真空室以及窗口/氣體分配板22裝置可以冷卻。
在絕緣窗口處于氣體分配板和天線之間的情形中，可以使天線定位，使其位置不重疊氣體分配板上的任何出口孔。例如，如果天線包括多匝線圈，氣體分配板包括一個中心孔和在距中心孔固定半徑的圓上的6個孔，那么，最好使天線定位，因而穿過上述圓的任何匝等距地位于圓上兩相鄰孔之間。天線的上述定位可盡量減小在與天線最近的孔中引燃等離子體。
用作進入加工室真空環(huán)境的窗口的絕緣板承受大約104kg/m2的氣壓。這就是說，在未受支承直徑φ=40cm的一般窗板上向內(nèi)的力總計約為1200kg，因此需要高強度的材料，否則窗口將會過厚，例如，對于陶瓷來說，5倍的安全系數(shù)要求大約2cm厚的φ=40cm的石英窗口。
一般來說，工藝要求可以需要這樣的窗口的內(nèi)表面由化學(xué)和/或物理性質(zhì)兼容的材料如石英構(gòu)成，因此可以制成粒狀窗口材料，或者制成足夠厚度某些其它材料的涂層或粘合表面，即復(fù)合結(jié)構(gòu)，或者制成在真空中分開支承的一個蓋板。窗口的設(shè)計必須與前述的結(jié)構(gòu)要求相容，或者，如果采用涂覆或粘合技術(shù)，那么，復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)容許在生長或粘合過程中的膜的張力作用和不同熱應(yīng)力的可能性，在最后提到的蓋板的情形中，可能要求分開的支承結(jié)構(gòu)。另外，工藝要求可能需要室壁的表面可能包括任何絕緣窗口或其上的蓋板的內(nèi)表面的溫度受到限制，以及可能要有效地進行控制。
進入加工室的窗口通常用于能量進入或傳出加工室。例如，U-V、可見、I-R、微波及RF E-M輻射形式的能量全部借助絕緣窗口傳入及傳出真空室。如果以這方式傳遞大量能量，那么，取決于頻率(ω)及損失系數(shù)(tanδ)而使絕緣窗口變熱。即使傳送損失熱是忽略不計，窗口構(gòu)成加工室的一個壁，可以通過來自室中的構(gòu)件和加工材料的輻射、對流和傳導(dǎo)過程被加熱。例如，在等離子加工中，當(dāng)使用窗口從TCP(變壓器耦合等離子)線圈天線傳送能量時，在每平方厘米的窗口內(nèi)表面上可能消耗幾瓦特。如果窗口是用2cm厚的粒狀石英材料制成的，這將導(dǎo)致不可避免的攝氏幾百度的內(nèi)表面溫升。
石英可用作窗口材料，因為它與許多加工方式相容，并且由于其熱膨脹系數(shù)低，因而具有良好的抗熱沖擊性能。但是，它只具有中等的機械性能、導(dǎo)致高溫度梯度的低的熱傳導(dǎo)性，以及當(dāng)與熱膨脹系數(shù)顯著不同的材料接觸時高的差脹應(yīng)力。具有上述性質(zhì)組合的材料可以用在按照本發(fā)明另一方面的復(fù)合窗口中。這種復(fù)合窗口可以設(shè)有與加工相容的材料如石英，這是由于其內(nèi)表面和/或窗口可以按照下述方式構(gòu)制，即，內(nèi)表面可進行溫控，使其溫度被動或主動地得到控制。
由于窗口材料的真空相容性、絕緣性、相對加工惰性、機械及熱學(xué)性質(zhì)，需要對窗口材料進行選擇。例如，氮化鋁惰性相當(dāng)好，具有良好的絕緣性(低的絕緣常數(shù)和損耗系數(shù))，具有類似于氧化鋁的機械性質(zhì)，包括熱膨脹及熱容量，但是其導(dǎo)熱性大約比氧化鋁大五倍，即，比石英的導(dǎo)熱性大兩個數(shù)量級。因此，φ=40cm的類似于上述粒狀石英窗口的氮化鋁窗口可以＜1cm厚，仍可安全地支承真空力。對于所消耗的每瓦特/cm2，這種窗口只支持橫過它的大約1℃的溫度梯度，將具有相當(dāng)短的熱時間常數(shù)(秒鐘而不是分鐘)，因而仍有相當(dāng)不錯抗熱沖擊性能。另外，通過監(jiān)測外側(cè)溫度和有選擇地加熱或冷卻外側(cè)，可以控制窗口的內(nèi)部溫度，這是由于與例如粒狀石英窗口的情形不同，內(nèi)表面將緊密隨其變化。
在某些情形中，氮化鋁可能與室內(nèi)進行的處理不相容。因此，一個較薄的，例如，大約2mm厚的副板，它包括一或多層，其中外露的一層是與加工相容的材料制成的，該副板可被支承，與主窗板的下表面緊鄰，但與主窗板偏心。這種板，即使例如用石英制成，當(dāng)承受相同的熱通量時，也將具有橫跨其厚度的幾十度的溫差，而不是2cm厚的石英窗口的情形中的幾百度的溫差。副板只是一個單一或復(fù)合材料的薄盤，這種布置的優(yōu)點在于，當(dāng)在加工中損壞或消耗時，它可被容易且廉價地更換。
采用上述布置，副板的外側(cè)可用真空與外窗分隔，即使該板與外窗緊鄰，它卻并不與主窗板熱接觸，因而橫跨其間的內(nèi)部空間可形成大的溫差。但是，為了減小橫跨該內(nèi)部空間的溫降可以采用一個導(dǎo)熱接觸介質(zhì)的薄膜。如果該介質(zhì)是流體或是彈性的，那么，可以避免過大的剛度，因而不會形成大的差脹力。
這種鄰近于主窗的副板的機械支承可以按照圖6所示布置，因而只有從主窗板44和副板46之間的內(nèi)部空間42進入室48本身的小的泄漏路徑40，如必要，對于使用流體熱接觸介質(zhì)的情況，可設(shè)置彈性材料邊緣密封件50,52。例如，內(nèi)部空間42可充填惰性熱接觸介質(zhì)如真空油脂、硅橡膠薄膜或者最方便地是充注氣體。如果使用氣體作為熱接觸介質(zhì)，那么，該氣體最好是壓力下的輕惰性氣體，由于不用作對流輸送，它可以使導(dǎo)熱最佳化，取決于間隙尺寸和平均自由路徑等因素一般使用大約10乇壓力下的He。如果氣體作為接觸介質(zhì)，那么布置有一個進口，如需要，也布置一個出口，從而可通過一個適當(dāng)?shù)臍庠赐ǖ廊缤ǖ?4將內(nèi)部空間42充注至適當(dāng)?shù)膲毫ΑＡ硗?，由于大氣壓力完全由主窗?4承受，在副板46上沒有大氣壓力，因而副板必須承受的He壓力可以比大氣壓力低兩個數(shù)量級，或者，如果采用油脂或薄膜作為接觸介質(zhì)，那么，必須采取措施為包含的氣體提供通路，并可以減輕熱脹力。另外，在副板包括氣體分配板的情形中，接觸介質(zhì)可以包括工藝氣體，或者向工藝氣體加入一種氣體。如果需要，在氣體分配板上的孔的尺寸可制得使上述內(nèi)部空間中的壓力最佳化，并改善從副板至主窗口的熱傳遞。在窗口和氣體分配板之間的內(nèi)部空間的氣體壓力可以調(diào)節(jié)在1-100乇的范圍內(nèi)。
包括主窗板、導(dǎo)熱薄膜(半固態(tài)或流體)和副板的夾層結(jié)構(gòu)的完整的組件，與能夠進行相同的結(jié)構(gòu)功能的，副板材料如石英的實心窗口比較，可以借助顯著改善的內(nèi)、外表面之間的熱傳導(dǎo)，通過與主窗外側(cè)的接觸可對于面對加工室的內(nèi)表面進行監(jiān)測和溫度控制。外側(cè)溫度可以使用接觸式或其它標準的測溫技術(shù)來監(jiān)測。使用嵌入、接觸或輻射加熱件和/或在主窗暴露表面上的強制流體(液體或氣體)，可以實現(xiàn)溫度控制。雖然可以采用雙板窗口的熱學(xué)特性知識和最近進展，但是，只從外側(cè)就可以對內(nèi)表面進行同時的連續(xù)直接的溫度監(jiān)測和精確控制。例如，一種技術(shù)可以是脈沖反饋控制系統(tǒng)，用來觀察在窗口上各個位置上的監(jiān)測傳感器的動態(tài)反應(yīng)，另一種技術(shù)可采用插入主窗副板內(nèi)部空間的傳感器。
雖然已針對具體實施例詳述了本發(fā)明，但是顯然本專業(yè)技術(shù)人員可進行各種修改和變化，以及采用等同物而并不超出本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1．一種加工基片及控制等離子加工室內(nèi)表面溫度的方法，該方法包括以下步驟將基片放置在加工室中的基片座上，其中，構(gòu)成加工室壁的絕緣件的內(nèi)表面面對基片座；通過下述方式加工基片，即，向加工室中送入工藝氣體，通過絕緣件向加工室中感應(yīng)耦合RF能量，從而使工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)；在基片的加工過程中，冷卻絕緣件以便將所述內(nèi)表面保持在閾值溫度以下；在加工室中以下述方式連續(xù)加工基片，即，使基片接觸等離子氣體，同時將所述內(nèi)表面保持在閾值溫度以下。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加工室包括一個基本呈平面的天線，通過向天線供應(yīng)RF能源，使工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)，冷卻步驟是通過與絕緣件或天線接觸地通過溫控流體進行的。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于冷卻步驟是通過使水基或非水基的導(dǎo)電液體穿過天線中的通道進行的。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述液體借助閉合回路冷卻系統(tǒng)流過天線。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述加工包括腐蝕，所述閾值溫度低于或等于90℃。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于等離子包括高密度等離子，基片是通過下述方式加工的向基片施加RF偏壓時用高密度等離子腐蝕基片上的氧化物層。
7．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述絕緣件包括一塊氣體分配板，使溫控流體通過天線，從而將氣體分配板的溫度保持在閾值溫度以下。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述絕緣件包括一個絕緣窗口，所述加工包括等離子腐蝕每個基片上的被掩膜的層。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述加工包括等離子腐蝕基片上的被掩膜的層，至少25個基片被連續(xù)加工，同時盡可能減小加工漂移。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述絕緣件包括一個絕緣窗口，該絕緣窗口具有相互隔開一個間隙的第一部分和第二部分，第一部分包括一個暴露于環(huán)境壓力的外表面，第二部分包括一個內(nèi)表面，所述冷卻步驟通過在所述間隙中提供熱傳遞介質(zhì)來進行。
11．一種等離子加工室，包括一個用在加工室中支承基片的基片座；一個絕緣件，其內(nèi)表面面對基片座；一個向加工室供應(yīng)工藝氣體的氣源；一個RF能源，它通過絕緣件并向加工室中感應(yīng)耦合RF能量，以便使工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)；以及一個冷卻機構(gòu)，它冷卻絕緣件并保持內(nèi)表面低于閾值溫度。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一個絕緣窗口或氣體分配板。
13．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一塊氣體分配板，其具有多個向加工室內(nèi)供應(yīng)工藝氣體的通孔，所述氣源向氣體分配板供氣。
14．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于加工室包括一個絕緣窗口，RF能源包括一個鄰近該窗口的基本呈平面的天線，該天線通過該窗口供送RF能源，使加工室中的工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一塊氣體分配板，所述窗口在天線和氣體分配板之間。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子加工室，其特征在于冷卻機構(gòu)使溫控流體與天線或氣體分配板熱傳遞接觸地通過。
17．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于還包括一閉合回路冷卻系統(tǒng)，它向冷卻機構(gòu)供應(yīng)非導(dǎo)電冷卻液體并保持所述內(nèi)表面低于閾值溫度。
18．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于加工室包括一個絕緣窗口，RF能源包括一個鄰近該窗口的天線，天線通過該窗口供應(yīng)RF能源，使加工室中的工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)，所述內(nèi)表面包括窗口內(nèi)表面，冷卻機構(gòu)包括一個閉合回路溫度控制器和一條在天線中的通道，溫控流體通過該通道循環(huán)。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的等離子加工室，其特征在于所述流體是非水基絕緣液體。
20．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于加工室包括一個絕緣窗口和一個鄰近該窗口的天線，天線通過窗口供應(yīng)RF能源，使加工室中的工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)，天線基本具有平面形狀，冷卻機構(gòu)包括在天線中的液流通道。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一個鄰近所述窗口的氣體分配板，該氣體分配板包括氣體出口，工藝氣體通過氣體出口進入加工室內(nèi)，設(shè)置天線使氣體出口不直接在基片座和天線之間。
22．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一個絕緣窗口，該窗口具有相互隔開一個間隙的第一和第二部分，第一部分包括一個暴露于環(huán)境壓力外表面，第二部分包括所述內(nèi)表面，所述間隙充滿熱傳遞介質(zhì)。
23．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一個絕緣窗口，該窗口具有基本一致的厚度和基本為平面的形狀。
24．根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子加工室，其特征在于絕緣件包括一塊厚度基本一致且基本為平面的形狀的氣體分配板。
全文摘要
等離子加工室(10)包括一個基片座(12)和一個具有面對基片座的內(nèi)表面的絕緣件如絕緣窗口(20)或氣體分配板,在基片加工過程中上述內(nèi)表面保持低于閾值溫度以盡量減小加工漂移。加工室可包括一個天線(18),該天線通過絕緣件感應(yīng)耦合RF能量以便使工藝氣體被賦能而達到等離子狀態(tài)。天線可包括一條通道(24),其中通過已被閉合回路溫度控制器冷卻的溫控流體。內(nèi)表面的溫度控制減小了在基片連續(xù)加工過程中,如在半導(dǎo)體晶片的氧化腐蝕過程中的加工漂移和質(zhì)量下降。
文檔編號H01J37/32GK1221460SQ97195275
公開日1999年6月30日 申請日期1997年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月5日
發(fā)明者托馬斯·E·威克, 喬爾·M·庫克, 羅伯特·A·馬拉斯奇, 威廉姆·S·肯尼迪, 尼爾·本杰明 申請人:蘭姆研究公司