專利名稱：具有平鋪式瓷襯的半導(dǎo)體加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備，更具體地說，涉及一種用于加工室，如等離子體蝕刻室的瓷襯。
在半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，通常是采用真空加工室，它通過將一種蝕刻或淀積用的氣體供應(yīng)到真空室中并對該氣體加一射頻(RF)場，將氣體激勵成等離子體狀態(tài)，來在基片上蝕刻和化學(xué)汽相淀積(CVD)材料。在共有的U.S.專利Nos.4,340,462；4,948,458；5,200,232和5,820,723中，公開了平行板反應(yīng)器，變壓器耦合等離子體(TCPTM)反應(yīng)器(也叫做電感耦合等離子體(ICP)反應(yīng)器)，和電子回旋共振(ECR)反應(yīng)器及它們構(gòu)件的例子。由于在這些反應(yīng)器中等離子體環(huán)境的腐蝕性及使顆粒物和/或重金屬污染減至最小的要求，所以十分希望這種設(shè)備及其構(gòu)件都顯示很高的耐蝕力。
在半導(dǎo)體基片的加工過程中，一般是利用機械夾緊件和靜電夾緊件(ESC)，在真空室內(nèi)的適當(dāng)位置處，將基片固定在基片托架上。這類夾緊系統(tǒng)及其構(gòu)件的例子，可以在共有的U.S.專利Nos.5,262,029和5,838,529中找到。
生產(chǎn)氣體可以用各種方法，如通過排氣嘴，氣環(huán)，氣體分配板等將生產(chǎn)氣體供應(yīng)到室中?？刂朴糜诟袘?yīng)耦合等離子體反應(yīng)器及其構(gòu)件的氣體分配板溫度的例子，可以在共有的U.S.專利No.5,863,376中找到。
鋁及鋁合金通常用于制造等離子體反應(yīng)器的壁。為了防止反應(yīng)器壁腐蝕，已推薦了各種技術(shù)，來用各種涂層涂覆鋁表面。例如，U.S.專利No.5,641,375公開了將鋁制室壁陽極化，來減少壁的等離子體侵蝕和磨損。上述的專利‘375說明，最后陽極化層被濺蝕掉或蝕刻掉，并且該室必須更換。U.S.專利No.5,680,013說明，在U.S.專利No.4,491,496中公開了一種用于將Al2O3火焰噴涂在蝕刻室金屬表面上的技術(shù)。上述的專利‘013說明，由于熱循環(huán)和涂層在腐蝕性環(huán)境中的最后破壞，所以在鋁和瓷涂層和氧化鋁之間的熱膨脹系數(shù)上的差異導(dǎo)致涂層破裂。U.S.專利No.5,085,727公開了一種用于等離子體室壁的碳涂層，其中涂層用等離子體參與的CVD淀積。
為了保護室壁，U.S.專利Nos.5,366,585；5,556,501；5,788,799；5,798,016；和5,885,356都推薦了襯里配置。例如，‘585專利公開了一種獨立式的瓷襯，該瓷襯具有至少0.005英寸的厚度并由固體氧化鋁機加工而成?！?85專利還提到，可使用一種陶瓷層，其淀積不用消耗內(nèi)層鋁，可通過火焰噴涂或等離子體噴涂的氧化鋁提供?！?01專利公開了一種與加工過程相容的聚合物或石英或瓷制的襯里?！?99專利公開了一種控制溫度的瓷襯，該瓷襯具有一埋入其中的電阻加熱器并且瓷體可以是氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈦，二氧化鋯，碳化硅，碳化鈦，碳化鋯，氮化鋁，氮化硼，氮化硅和氮化鈦。‘016專利公開了一種陶瓷，鋁，鋼和/或石英襯里，同時優(yōu)選用鋁，因為它容易機加工并具有氧化鋁，Sc2O3或Y2O3涂層，優(yōu)選用Al2O3涂覆鋁，以便對鋁提供保護，免受等離子體的影響?！?56專利公開了一種供在CVD室中使用的晶片基座氧化鋁瓷襯和氮化鋁瓷屏蔽層。U.S.專利No.5,904,778公開了一種涂覆在獨立式SiC上的SiC CVD涂層，供作室壁，室頂部，或圍繞晶片的卡圈(collar)用。U.S.專利No.5,292,399公開了一種包圍晶片基座的SiC環(huán)。在U.S.專利No.5,182,059中公開了一種制備燒結(jié)SiC的技術(shù)。
關(guān)于等離子體反應(yīng)器構(gòu)件，如噴頭氣體分配系統(tǒng)，已經(jīng)對有關(guān)噴頭的材料提出了各種各樣的建議。例如，共有的U.S.專利No.5,569,356公開了一種由硅、石墨或碳化硅制造的噴頭。U.S.專利No.5，888，907公開了一種由無定形碳。SiC或A1制造的噴頭電極。U.S.專利Nos.5,066,200和5,022,979公開了一種噴頭電極，它或是完全用SiC制成，或是用涂有SiC的碳基底制成(該SiC涂層用CVD法淀積)，以便提供十分純的SiC表面層。
由于對半導(dǎo)體加工設(shè)備的構(gòu)件需要有很高純度和耐蝕力，所以在該技術(shù)中有必要對這類用于構(gòu)件的材料和/或涂層方面加以改進。此外，在反應(yīng)室材料方面，能夠增加等離子體反應(yīng)室使用壽命并因此減少設(shè)備停工時間的任何材料，在降低加工半導(dǎo)體片成本方面都是有利的。
本發(fā)明提供一種用于等離子體加工室的平鋪式襯里，半導(dǎo)體基片可以在該室內(nèi)進行加工。平鋪式襯里包括一個瓷磚組合件，它設(shè)置在室的一個側(cè)壁內(nèi)部。等離子體室可以包括基片支承件、氣源和能源?；С屑O(shè)置在反應(yīng)室的內(nèi)部空間，在該基片支承件上可以加工一個或多個基片。室的側(cè)壁在基片支承件周邊的外部間隔開，并且氣源將生產(chǎn)氣體供應(yīng)到內(nèi)部空間。能源在基片加工過程中將內(nèi)部空間中的生產(chǎn)氣體激勵成等離子體狀態(tài)。
按照優(yōu)選實施例，平鋪式襯里用一彈性支承件如彈性接合或一彈性可彎曲的金屬框架支承。例如，彈性支承件可以包括一個彈性接合，它將每塊瓷磚都附接到各自的金屬襯墊件上。各金屬襯墊件可以支承在有彈性可彎曲的金屬框架上，該金屬框架由熱控制件這樣支承，以便熱量可以經(jīng)由一熱流路線(thermal path)從瓷磚中排出，上述熱流路線通過彈性接合，金屬襯墊件和可彎曲的金屬框架延伸到熱控制件?？晒┻x擇地，彈性支承件可以包括在每塊瓷磚和室側(cè)壁之間的彈性接合。
磚可以是一連串互鎖的瓷磚如SiC磚。彈性可彎曲的金屬框架可以包括一個內(nèi)框架件和一個外框架件，上述內(nèi)框架件由外框架件支承，而外框架件由室支承。內(nèi)框架件和外框架件可以加工成一定形狀，以便在等離子體加工系統(tǒng)工作過程中適應(yīng)磚襯和框架件上不同的熱應(yīng)力。在這種配置中，外框架件的上部可以用室的熱控制部件支承，外框架件的下部可以附接到內(nèi)框架件的下部，而平鋪式襯里可以用內(nèi)框架件支承。另外，可彎曲的金屬框架可以包括一連續(xù)式上部和分段式的下部。例如，可彎曲的金屬框架可以是圓筒形，而分段式下部可以包括若干軸向上延伸的分段，這些分段通過軸向延伸的縫槽(slot)相互分開。如果內(nèi)金屬框架件和外金屬框架件都是圓筒形，并包括連續(xù)式上部和分段式下部，則分段式的下部包括在軸向上延伸的若干分段，它們通過軸向延伸的縫槽相互分開。
按照本發(fā)明的另一個實施例，陶瓷等離子體屏蔽件從平鋪式襯里的下部向內(nèi)延伸，同時該陶瓷等離子體屏散件包括若干通道，在基片加工過程中，生產(chǎn)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)品穿過這些通道從反應(yīng)室內(nèi)部排出。例如，陶瓷等離子體屏蔽件可以包括多個分蔽的屏蔽件分段，它們支承在室側(cè)壁和基片支承件之間的環(huán)形空間內(nèi)，通道包括從室側(cè)壁徑向上向內(nèi)延伸的縫槽。陶瓷等離子體屏蔽件可以通過一導(dǎo)電的彈性接合附接到可彎曲的金屬框架上，并且該等離子體屏蔽件可以通過該彈性接合電接地到可彎曲的金屬框架上。


圖1示出按照本發(fā)明第一實施例所述的等離子體反應(yīng)室，其中平鋪式襯里支承在圍繞基片支承件的彈性框架上；圖2示出沒有各種構(gòu)件(包括襯里)的圖1等離子體反應(yīng)室；圖3示出本發(fā)明的一個實施例，其中瓷襯包括一連串的安裝在襯墊板上的磚；圖4示出圖3等離子體反應(yīng)室的透視圖；圖5示出圖3等離子體反應(yīng)室中引入晶片的縫槽祥圖；圖6示出圖3中磚的各邊如何以互鎖配置方式裝配在一起；和圖7示出圖3所示的裝置在200個晶片運轉(zhuǎn)過程中，其加熱器法蘭、磚和下部法蘭的溫度變化曲線圖。
按照本發(fā)明，一種包括瓷磚組合件的平鋪式襯里可以達到下述其中一個或多個目的通過提供穿過襯里的電接地路線，保持良好的等離子體形成；通過提供襯里的熱控制，避免加工過程變動；通過提供一彈性襯里支承件，克服瓷構(gòu)件和金屬構(gòu)件之間不同的熱膨脹，及通過屏蔽A1室壁防止鋁(“Al”)的污染，并加工基片中的構(gòu)件。關(guān)于襯里的電接地，將瓷襯用導(dǎo)電材料制造。優(yōu)選的瓷材料是Si或SiC，這些材料可以達到很高的純度，并發(fā)現(xiàn)它們對等離子體室如等離子體蝕刻室中所看到的腐蝕性條件顯示出很高的耐蝕力。
本發(fā)明提供一種等離子體室，其中各種構(gòu)件(包括瓷襯)都用Si或SiC制造。這些材料在等離子件環(huán)境中是兼容的，因為Si或SiC的等離子體侵蝕(erosion)產(chǎn)生氣態(tài)的Si或C的化合物，可以將它們從室中抽出而沒有基片的顆粒污染。關(guān)于熱控制，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)SiC顯示出特別高的導(dǎo)熱性，該導(dǎo)熱性能在加工基片如硅片過程中將襯里加熱或冷卻到所希望的溫度范圍。關(guān)于克服不同的膨脹，將按照本發(fā)明所述的彈性支承件設(shè)計成使瓷襯能在反應(yīng)室內(nèi)自由地膨脹或收縮。關(guān)于防止Al污染，瓷襯將等離子體限制在襯里的內(nèi)部，并因此避免了Al壁或構(gòu)件被等離子體腐蝕。
按照本發(fā)明所述的真空加工室可用于各種半導(dǎo)體等離子體加工工藝，如蝕刻，淀積，抗剝離(resist stripping)等。圖1示出具有電感耦合等離子體源的單片真空加工室2的一個例子，其中通過合適的裝置(未示出)，如氣體分配環(huán)，氣體分配板，噴射噴嘴等，將加工氣體供應(yīng)到加工室2中，并通過合適的真空泵在該室的內(nèi)部4中保持真空。在室中待加工的基片可以包括支承在基片支承件8上的硅半導(dǎo)體片6?；С屑?可以包括一個靜電卡盤和一個聚焦環(huán)10。真空泵可以連接到端壁如加工室底部中的大出口孔12上。真空加工室可以包括一個介質(zhì)窗14，一個氣體分配板16，并可以通過一外部RF電線如平面線圈18將RF電源加到室中，上述平面線圈18在一個端壁如室頂部上的介質(zhì)窗14的外部。然而，等離子體發(fā)生源可以是任何其它類型的等離子體發(fā)生設(shè)備，如ECR反應(yīng)器，平行板反應(yīng)器，螺旋反應(yīng)器，螺旋諧振器等。等離子體發(fā)生源可以附接到一個組合式安裝裝置如環(huán)形安裝用法蘭上，該環(huán)形安裝用法蘭可移動式安裝在反應(yīng)室的端壁上。
為了保持安裝用法蘭和室2之間的真空緊密密封，可將合適的環(huán)形密封圈裝配在室2端壁中的槽內(nèi)，并且RF屏蔽件可圍繞真空密封件。如果由真空泵提供大的真空力，則不必用緊固件來將安裝用法蘭附接到室2上。取而代之的是，安裝用法蘭可以簡單地擱在室2的端壁上。如果希望的話，可以將等離子體發(fā)生源組合件的安裝用法蘭或另外部件這樣鉸接到室2上，以便等離子體發(fā)生源可繞軸旋轉(zhuǎn)到一個方向，如使用室2內(nèi)部4的垂直方向上。
室包括由瓷磚構(gòu)成的襯里20。用于將等離子體限制在包圍晶片6的空間中的等離子體屏蔽件22從襯里20的下端向內(nèi)延伸。在圖1所示的實施例中，襯里20用一彈性可彎曲的框架支承，該彈性可彎曲框架包括一個內(nèi)支承框架24和一個外支承框架26。為了在加工基片過程中使襯里保持在所希望的溫度下，加熱器28設(shè)置在內(nèi)框架支承件24的頂部上。在操作時，加熱器28加熱襯里20是有效的，并且可以通過溫度控制件30完成從襯里20中排去熱量，該溫度控制件經(jīng)由內(nèi)框架和外框架從襯里中排出熱量。其它類型的加熱裝置，如一種埋置在襯里中的加熱器或合適的徑向加熱裝置也可以使用。在1999.9.23發(fā)布的共有的U.S.專利序列號No09/401,308(Attorney DocketNO.015290-369)中，公開了一種合適的輻射加熱器詳細情況，其公開內(nèi)容特此合并參考。
如圖2所示，反應(yīng)室可以具有一種模塊設(shè)計，它能將各種各樣的等離子體發(fā)生源安裝于其上。另外，基片8可以這樣支承在以懸臂方式安裝的支承臂一端處，以便可以通過使組合件穿過室側(cè)壁中的開口32從室中取出整個基片支承件/支承臂組合件。室可以用任何合適的材料制造，并且按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，室用單件鋁或鋁合金制成。
按照本發(fā)明的第一實施例，等離子體室襯里20包括互鎖的瓷襯元件如平磚34，如圖3和4所示。為了提供等離子體的電接地路線，磚34優(yōu)選地是導(dǎo)電性材料如硅或碳化硅。這種材料提供一種增加的利益在于它不含鋁，并因此而減少了加工過基片的Al污染。按照優(yōu)選實施例，是將SiC磚結(jié)合到鋁襯板36上。一種優(yōu)選的結(jié)合材料是導(dǎo)熱彈性體38，它可以吸收由SiC和Al不同熱膨脹系數(shù)所引起的側(cè)向應(yīng)力。每個磚和襯板的組合件都可以用一彈性可彎曲的框架40附接到室壁上，該框架40包括一個內(nèi)框架42和一個外框架44。通過用導(dǎo)線49供電的加熱器48和溫度控制件50，達到襯里的溫度控制。
彈性接合可以包括任何合適的彈性材料如一種聚合物材料，該聚合物材料與真空環(huán)境兼容，并且在高溫下如高于200℃時抗熱降解。彈性體材料可以任選地包括一種導(dǎo)電和/或?qū)犷w粒的填料或其它形狀的填料，如金屬絲網(wǎng)，紡織或非紡織的導(dǎo)電纖維等?？稍诔^160℃的等離子體環(huán)境中使用的聚合材料包括聚酰亞胺，聚酮，聚醚酮，聚醚砜，聚對苯二甲酸乙酯，氟代乙烯-丙烯共聚物，纖維素，三乙酸酯，硅氧烷，和橡膠。高純彈性材料的例子包括從GeneralElectric購買的單組分室溫固化的粘結(jié)劑，如RTV133和RTV167；從General Electric購買的一種單組分可流動的熱固化(比如高于100℃)粘結(jié)劑如TSE3221，和從Dow Corning購買的兩部分加成固化的彈性體如“SILASTIC”。特別優(yōu)選的彈性體是從Rhodia購買的聚二甲基硅氧烷，它含有彈性體如催化劑固化(比如，Pt固化)的彈性體，如V217，該彈性體在250℃和更高溫度下是穩(wěn)定的。
在彈性體是一種導(dǎo)電彈性體的情況下，導(dǎo)電填料可以包括導(dǎo)電金屬或金屬合金的顆粒。一種供在等離子體反應(yīng)室對雜質(zhì)敏感的環(huán)境中使用的優(yōu)選金屬是一種鋁合金，如含重量百分數(shù)為5—20％硅的鋁基合金。例如，鋁合金可以包括重量百分數(shù)約為15％的硅。然而，也可以用硅或碳化硅的填料顆粒。
等離子體屏蔽件52從磚34的下面邊緣向里延伸。等離子體屏蔽件52優(yōu)選的是一種導(dǎo)電陶瓷材料如硅或碳化硅，并且包括若干開口54，這些開口54都小到足夠限制等離子體，但它們能用真空泵將生產(chǎn)氣體和加工副產(chǎn)品除去。
加熱器48可以包括一個埋置在鋁鑄件中的電阻加熱元件。這樣，通過使電流穿過加熱元件，將把熱量供應(yīng)到鋁鑄件上，該鋁鑄件又將熱量導(dǎo)入內(nèi)框架42，鋁襯板36，導(dǎo)熱彈性體38并導(dǎo)入磚34。在加熱器鋁制主體加熱和冷卻過程中，加熱器將比磚34所形成的瓷襯膨脹到更大程度。為了適應(yīng)這種膨脹和收縮，將內(nèi)支承框架和外支承框架加工成形到可彈性彎曲。例如，可以將框架這樣分段，以便其一連串的徑向上延伸的下面部分被軸向上延伸的縫槽分離開。此外，可以將內(nèi)框架和外框架加工成形到提供所希望的導(dǎo)熱性量。例如，外框架44可以是一種金屬如鋁或鋁合金制造，并且其下面部分可以具有足夠排出襯里中熱量的厚度，而其薄的上面部分足夠能在加工半導(dǎo)體基片過程中由于熱應(yīng)力而使外部框架充分彎曲。
圖5示出室壁的一部分，其中通過傳送縫槽55可以將基片如晶片導(dǎo)入室中和從室中取出。在圖5所示的裝置中，某些磚34在靠近縫槽55的軸向方向上較短?？p槽55可以用整件陶瓷材料或者用另外的材料如陽極化鋁制出。例如，其中具有縫槽55的陶瓷材料可以包括任何合適的材料，如涂覆CVD SiC的粉漿澆鑄的SiC，整體(bulk)CVD SiC，有或沒有CVD SiC涂層的燒結(jié)SiC，反應(yīng)結(jié)合的SiC，石墨轉(zhuǎn)化SiC等。圖5示出如何能圍繞縫槽55裝配內(nèi)支承框架的詳細情況。外支承框架(未示出)可以用同樣方法加工成形。
為了阻擋晶片6和室壁46之間的視線，每塊磚34都可以具有邊緣56，它們與相鄰磚的配合邊緣互鎖，如圖6所示。正如在這個可供選擇的實施例中所示出的，室58可以具有多邊形內(nèi)表面60，其中通過一導(dǎo)電和導(dǎo)熱的彈性體直接將磚結(jié)合到反應(yīng)室的平表面60上。這種配置是有利的，因為它具有比磚/背襯板配置更少的部件，并能更快地實施取出襯里用于清洗和更換。
在上述實施例中，反應(yīng)室中的等離子體可以被氣體分配板的Si或SiC表面、襯里、等離子體屏蔽件和基片支承件限制，該基片支承件向上貫穿等離子體屏蔽件的內(nèi)周邊。由于Si或SiC表面位于等離子體和反應(yīng)室的鋁表面之間，所以與具有Al表面直接面對基片的反應(yīng)室相比，使等離子體濺射Al表面減至最少并減少了Al污染加工過的晶片。
在襯里包括Si或SiC磚，而這些磚是通過導(dǎo)電和/或?qū)釓椥泽w結(jié)合材料結(jié)合到鋁襯墊板上的實施例中，可以將磚定好尺寸和/或加工成形，以便用覆蓋整個等離子體室內(nèi)壁周邊的方式裝配在一起。室壁可以是任何所希望的形狀，如圓筒形，多邊形等。一個合適的觀察孔讓各個晶片進出該室，并可以設(shè)置一附加的開口，以便能用常規(guī)輔助設(shè)備如過程監(jiān)測設(shè)備進行各種測量。磚可以具有面向室內(nèi)部的矩形平表面。可供選擇地，磚的暴露面可以這樣彎曲，以便磚形成室的圓筒形內(nèi)壁。
在磚和襯墊板組合件用螺栓固定到Al制內(nèi)支承框架(它繞室的內(nèi)壁延伸)上的實施例中，可以適應(yīng)在等離子體室起動，工作和停止工作過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力?？梢赃x擇SiC的數(shù)量，以便達到所希望的對部件和/或結(jié)合應(yīng)力的限制，上述結(jié)合應(yīng)力由于在等離子體室中遇到的熱力而產(chǎn)生。
在內(nèi)支承框架的下面法蘭用螺栓固定到Al制外支承框架的下面邊緣上，及將外支承框架的上面邊緣處的法蘭用螺栓固定到位于室頂部的頂板上的實施例中，外支承件分段成被縫槽分開的垂直延伸的板，這些縫槽從外支承框架的下端延伸到頂部法蘭。為了提供SiC磚表面的溫度控制，可以將位于內(nèi)支承框架頂部法蘭上方的加熱器用螺栓固定到內(nèi)框架上。在這種裝置情況下，加熱器可以發(fā)熱，該熱可以從內(nèi)支承框架熱傳導(dǎo)到襯板和SiC磚上。加熱器可以包括一單電阻加熱器，它完全圍繞室的內(nèi)壁延伸?？晒┻x擇地，加熱器可以包括任何合適的加熱器裝置，該裝置達到所希望的襯里溫度控制，比如，在等離子體蝕刻介質(zhì)材料如二氧化硅的過程中，使襯里的內(nèi)表面保持在所希望的溫度下，如在80—160℃溫度范圍內(nèi)。
室可以包括包圍基片支承件的等離子體屏蔽件?？梢杂萌魏魏线m的技術(shù)將環(huán)形屏蔽件附接到載環(huán)上。例如，可以用前面討論過的彈性體結(jié)合材料將屏蔽件粘結(jié)式結(jié)合到載環(huán)上。此外，可以這樣將載環(huán)用螺栓固定到內(nèi)框架上的下面法蘭上，以便將屏蔽件夾緊在載環(huán)和法蘭之間。屏蔽件可以是任何合適的材料制造，該材料將承受用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的等離子體環(huán)境。碳化硅是一種用于屏蔽件的優(yōu)選材料。屏蔽件可以包括一個整體環(huán)或多個間隔開的環(huán)分段。例如，屏蔽件可以包括圓周上間隔開的分段。
在通過輸送縫槽將晶片轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出室的實施例中，內(nèi)框架和外框架其中都包括切口，并且包圍縫槽的磚這樣安排，以使較小的磚在縫槽的下面，而較大的磚在縫槽的上面。縫槽的內(nèi)部可以用一晶片通道插件形成。用于插件的優(yōu)選材料是碳化硅。插件可以包括整件材料或幾件材料的組合件。中等高度的磚和短磚優(yōu)選地是粘結(jié)式與彈性體一起結(jié)合到同樣尺寸的襯墊板上，該襯墊板又用螺栓固定到內(nèi)框架上。
按照本發(fā)明的實施例，其中通過用SiC磚覆蓋表面來避免鋁構(gòu)件的視線表面，磚的邊緣優(yōu)選地是這樣設(shè)計，以便它們相互疊加。例如，磚可以具有配合的邊緣，其中將一塊磚上的伸出部分容納在相鄰磚的凹槽中。這種效果可以通過任何邊緣設(shè)計得到，其中在磚的相對表面之間不設(shè)置直線路線。因此，配合的彎曲式或多邊式邊緣表面，如V形、U形、W形、槽形、缺口形、偏移形等等類型的邊緣都可以提供所希望的配合磚邊緣。
互鎖的磚接合消除了到鋁構(gòu)件的視線，并適應(yīng)襯里構(gòu)件在等離子體室起動，工作和/或停止工作過程中的不同熱膨脹/收縮作用。例如，來自加熱器的熱和/或淀積在磚上的等離子體離子熱能，由內(nèi)框架進行熱傳導(dǎo)，經(jīng)由彈性體結(jié)合，向上傳到外框架并傳入室的頂板。由于頂板通過冷卻通道進行水冷卻，所以將通過外框架傳遞的熱從室中除去。
在加工半導(dǎo)體基片的過程中，可以在室中產(chǎn)生等離子體之前，用加熱器將磚預(yù)熱。例如，可以用加熱器將磚加熱到所希望的溫度，并且可以用一熱控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱器功率，以便使磚保持在所希望的溫度下。在室中產(chǎn)生等離子體之后，控制系統(tǒng)可以自動地減少加熱器功率，以便保持所希望的時間溫度變化。另外，可以調(diào)節(jié)內(nèi)框架和/或外框架的熱阻抗，以便達到所希望的磚工作溫度范圍并限制加熱器的最高溫度。
圖7示出在等離子體蝕刻一批半導(dǎo)體片過程中，于內(nèi)支承件加熱器法蘭，內(nèi)支承件下面法蘭，和磚襯墊板處測得的溫度。2℃的溫度波動由一個蝕刻周期中等離子體離子能的變動引起。用于下面法蘭的溫度設(shè)定點是100℃。
在加工半導(dǎo)體基片，如等離子體蝕刻硅片的過程中，為了使蝕刻加工過程中產(chǎn)生的氣態(tài)副產(chǎn)品中的聚合物淀積減至最少，理想情況是使暴露于等離子體中的室表面保持在約80℃至約160℃，優(yōu)選的是在110至150℃的溫度下。此外，這些表面的這種溫度控制達到在按順序加工單個晶片過程中使加工變化減少。按照圖1—7中所示裝置的優(yōu)選實施例，在室中起弧等離子體之前，電阻加熱器通過熱傳導(dǎo)將瓷襯加熱，亦即，來自加熱器的熱量通過彈性Al制框架傳到瓷襯。在這種裝置中，加熱器和與其接觸的Al框架部分可以加熱到約300℃，以便將瓷襯加熱到約150℃。彈性Al框架由內(nèi)框架和外框架構(gòu)成，它能使與加熱器接觸的這部分Al框架相對于與瓷襯接觸的Al框架部分膨脹，并因此適應(yīng)中間部分Al框架上的任何彎曲應(yīng)力。
為了提供高純和/或高導(dǎo)熱性的SiC構(gòu)件，這些構(gòu)件可以用CVD SiC制造。CVD SiC可以淀積在一個基片如石墨上，并生長到所希望的厚度，在此之后如通過機加工來除去基片。例如，在圓筒形襯里情況下，可以在一石墨圓筒上將CVD SiC淀積到所希望的厚度，并在以后切削去掉石墨圓筒，同時留下CVD SiC圓筒襯里。CVD SiC的優(yōu)點包括高導(dǎo)熱率(比如，CVD SiC具有比燒結(jié)SiC多約一倍的熱導(dǎo)率)和特制的電阻率(比如，Sic的電阻率可以從導(dǎo)電體改變到半導(dǎo)電體)。反應(yīng)器構(gòu)件采用CVD SiC的優(yōu)點是它能跨過反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件的表面得到十分均勻的溫度分布。在其中使構(gòu)件保持在足夠高的溫度下，以便使該構(gòu)件暴露面上形成的聚合物減至最少進行加工的情況下，從溫度控制和產(chǎn)生顆粒最少的觀點來看，采用CVD SiC是十分有利的。
上面已經(jīng)說明了本發(fā)明的原理，優(yōu)選實施例和操作方式。然而，不應(yīng)當(dāng)把本發(fā)明看作是局限于所討論的特定實施例。因此，應(yīng)當(dāng)把上述實施例看作是例證性的而不是限制性的，并且應(yīng)該理解，在不脫離如下面權(quán)利要求所述的本發(fā)明范圍的情況下，在那些實施例中可以由該技術(shù)的技術(shù)人員進行改變。
權(quán)利要求
1.一種可用于加工半導(dǎo)體基片的等離子體加工系統(tǒng)，包括等離子體加工室，它具有一被室側(cè)壁限定的內(nèi)部空間；基片支承件，基片于內(nèi)部空間之內(nèi)在該支承件上加工，該室的側(cè)壁在該基片支承件周邊的外部間隔開；氣源，在加工基片過程中可通過該氣源將加工氣體供應(yīng)給內(nèi)部空間；能源，它可以在加工基片過程中在內(nèi)部空間將加工氣體激勵成等離子體；瓷襯，它支承在室側(cè)壁和基片支承件的周邊之間，該瓷襯包括一個瓷磚組合件。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷襯用一彈性支承件支承，該彈性支承件包括一個可彎曲的金屬框架。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷磚具互鎖的邊緣。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，彈性接合將每塊瓷磚都附接到相應(yīng)的金屬襯墊件上。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，金屬襯墊件支承在可彎曲的金屬框架上，而可彎曲的金屬框架被一熱控制件這樣支承，以便通過一條傳熱路線可以將熱從瓷磚中排出，該傳熱路線貫穿彈性接合，金屬襯墊件和可彎曲的金屬框架延伸到熱控制件。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，各瓷磚通過每塊瓷磚和室側(cè)壁之間的彈性接合結(jié)合到室側(cè)壁上。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷襯被一彈性支承件支承，該彈性支承件包括一可彎曲的金屬框架，上述可彎曲的金屬框架這樣被熱控制件支承，以便可以通過一熱流路線將熱量從瓷襯中除去，該熱流路線貫穿可彎曲的金屬框架延伸到熱控制件。
8.如權(quán)利要求7所述等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個加熱器，該加熱器這樣被可彎曲的金屬框架支承，以便加熱器可以加熱瓷襯。
9.如權(quán)利要求7所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，可彎曲的金屬框架包括一個分段式內(nèi)框架件和一個分段式外框架件，彈性接合將每塊瓷磚結(jié)合到相應(yīng)的內(nèi)框架件分段上，內(nèi)框架件被外框架件支承，而外框架件被室支承。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷襯基本上由CVD SiC構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷磚基本上由涂覆有CVD Sic的燒結(jié)Sic構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷襯被一彈性支承件支承，該彈性支承件包括內(nèi)金屬框架件和外金屬框架件，它們加工成一定形狀，以便能在等離子體加工系統(tǒng)操作過程中，適應(yīng)瓷襯和框架件上不同的熱應(yīng)力。
13.如權(quán)利要求13所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，外框架件的上面部分被室的熱控制部件支承，外框架件的下面部分附接到內(nèi)框架件的下面部分上，而瓷襯被內(nèi)框架件支承。
14.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷襯其中包括一個縫槽，該縫槽作為基片進出該室的通道。
15.如權(quán)利要求14所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，磚安排在縫槽的上方和下方，并且縫槽處于附接到襯里上的晶片通道插件中，磚和插件都是SiC制造。
16.如權(quán)利要求12所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，內(nèi)金屬框架件和外金屬框架件都是圓筒形，并且包括連續(xù)的上面部分和分段式的下面部分，分段式的下面部分包括若干軸向上延伸的分段，它們通過軸向上延伸的縫槽相互分開。
17.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個瓷的等離子體屏蔽件，該屏蔽件從瓷襯的下面部分向里延伸，瓷等離子屏蔽件包括若干通道，在加工基片過程中，通過這些通道將生產(chǎn)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)品從室的內(nèi)部除去。
18.如權(quán)利要求17所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷等離子體屏蔽件用SiC制造，并包括多個分段，這些分段支承在室側(cè)壁和基片支承件之間的環(huán)形空間中，通道包括從室側(cè)壁徑向上向里延伸的縫槽。
19.如權(quán)利要求17所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，瓷等離子體屏蔽件通過一導(dǎo)電的彈性接合附接到一彈性支承件上，該彈性支承件包括一可彎曲的金屬框架，并且等離子體屏蔽件通過彈性接合電接地到可彎曲的金屬框架上。
20.一種用權(quán)利要求1所述的設(shè)備加工基片的方法，其特征在于，用室中產(chǎn)生的等離子體蝕刻支承在基片支承件上的各個基片。
全文摘要
等離子體加工室包括一個瓷襯,該瓷襯C瓷磚形式安裝在一彈性支承件上。襯里和其它部件如氣體分配板和等離子體屏蔽件都可以用SiC制造,SiC有利于限制等離子體并提供室的內(nèi)表面溫度控制。襯里可以用加熱器加熱,該加熱器通過熱傳導(dǎo)將熱量提供給襯里。為了除去襯里中過量的熱,彈性支承件可以是鋁制支承框架,該支承框架將熱從襯里傳導(dǎo)到一溫度控制件,如室的頂板上。支承框架可以包括連續(xù)式上面部分和分段式下面部分,該分段式下面部分能在等離子體室內(nèi)加工半導(dǎo)體基片過程中適應(yīng)熱應(yīng)力。
文檔編號C23C16/507GK1327612SQ00802344
公開日2001年12月19日 申請日期2000年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月23日
發(fā)明者威廉·S·肯尼迪, 羅伯特·A·馬拉斯欽, 杰羅姆·S·休貝塞克 申請人:蘭姆研究公司