專利名稱：低污染的等離子反應(yīng)室部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及一種制造半導(dǎo)體晶片的方法，具體而言，本發(fā)明涉及一種設(shè)置有多個(gè)可在加工過程中減少粒子污染的部件的等離子蝕刻腔室。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體加工領(lǐng)域內(nèi)，真空處理室通常用于通過向真空室進(jìn)送蝕刻氣體或沉積氣體并對(duì)氣體作用一個(gè)射頻電場，從而使氣體進(jìn)入等離子狀態(tài)的方式來對(duì)基片上的材料進(jìn)行蝕刻和進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)。例如，同屬本申請(qǐng)的申請(qǐng)人的美國專利4340462、4948458、5200232和5820723公開了平行板、變壓器耦合等離子體(TCPTM)和電子回旋共振反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及其組成部件，其中變壓器耦合的等離子體也被稱為感應(yīng)耦合等離子體。
在半導(dǎo)體集成電路的制造領(lǐng)域內(nèi)，象晶體管這樣的零部件可設(shè)置在通常由硅制成的半導(dǎo)體晶片或基片上。這樣，就可以用金屬連接線將各個(gè)部件連接在一起，從而形成所需的電路，而金屬連接線一般是通過對(duì)設(shè)置于基片上方的金屬鍍層進(jìn)行蝕刻形成的。金屬鍍層一般包括銅、鋁或一種公知的鋁合金，例如Al-Cu，Al-Status Inquiry或Al-Cu-Status Inquiry?？蓪⒁粋€(gè)抗反射的涂層(ARC)和一個(gè)疊置于上方的感光性樹脂層(PR)設(shè)置在金屬鍍層的頂部上。ARC層一般包括一個(gè)含鈦的層，例如TiN或TiW。為制成上述的金屬連接線，可利用合適的光刻技術(shù)對(duì)包括金屬鍍層在內(nèi)的疊層的一部分進(jìn)行蝕刻。這樣，就可以利用合適的蝕刻氣體將金屬鍍層上未被掩模遮住的區(qū)域蝕刻掉，從而形成金屬連接線或連接結(jié)構(gòu)。
為使電路的密度更大，隨著設(shè)計(jì)規(guī)則的不斷細(xì)化，現(xiàn)代的集成電路變得越來越小。這樣，形體尺寸，即連接線的寬度或相鄰連接線之間的間距(例如溝槽)也就越來越小。為使現(xiàn)代集成電路的導(dǎo)線更加狹窄，就需要采用各向異性好的蝕刻技術(shù)。蝕刻的各向異性是指垂直蝕刻速度與橫向蝕刻速度的比率。為制成具有較高縱橫比的垂直側(cè)壁，垂直蝕刻速度必須遠(yuǎn)大于橫向蝕刻速度。在等離子蝕刻工藝中，垂直的截面輪廓通常是利用側(cè)壁鈍化技術(shù)來完成的。這種技術(shù)通常包括在蝕刻過程中將一種能夠形成聚合物的物質(zhì)(通常為碳氟化合物，例如CF4，CHF3，C4F8)導(dǎo)入反應(yīng)室內(nèi)的步驟。在蝕刻過程中形成的聚合物最好沉積在被蝕刻結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上，從而降低基片的橫向蝕刻程度并提高蝕刻的各向異性。但是，在蝕刻過程中，聚合物沉積物也可能形成于暴露在等離子體下的蝕刻室的各個(gè)部件的內(nèi)部表面上。隨著時(shí)間的推移，這些聚合物沉積物可能會(huì)剝落或脫落，從而成為等離子反應(yīng)室內(nèi)的一種污染源。
在等離子反應(yīng)室內(nèi)形成的聚合物沉積物包括許多碳化合物的鏈狀分子。當(dāng)聚合物與正被加工的基片相接觸并附著在該基片上時(shí)，就可能污染這部分基片并降低芯片的成品率。聚合物沉積物可能會(huì)聚集在反應(yīng)室內(nèi)的所有表面上，尤其是靠近處理氣體入口管的反應(yīng)室殼體表面及反應(yīng)室封蓋的底側(cè)或位于基片表面對(duì)側(cè)的氣體分配板。沉積在反應(yīng)室的內(nèi)部表面上的聚合物可能會(huì)轉(zhuǎn)移到基片上，從而形成基片瑕疵。在反復(fù)執(zhí)行等離子處理工藝的過程中，反應(yīng)器部件的熱循環(huán)加劇了聚合物顆粒的污染問題。在反應(yīng)器部件中，對(duì)暴露在等離子體下的表面進(jìn)行反復(fù)加熱和冷卻將使附著在上面的聚合物沉積物由于與反應(yīng)器表面之間存在CTE差而成片狀脫落或剝落。聚合物的沉積物還可能在等離子體中的反應(yīng)物核素(reactant species)的轟擊下產(chǎn)生移位。
隨著集成電路部件的物理尺寸及其操作電壓的繼續(xù)減小，其相關(guān)的產(chǎn)量更容易受到顆粒污染的影響。因此，制造尺寸較小的集成電路要求顆粒污染程度應(yīng)低于上述可以接受的水平。為降低等離子反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污染，人們已經(jīng)采用了許多種方法。例如，見美國專利5366585；5391275；5401319；5474649；5851343；5916454；5993594；6120640和6155203。
為減少顆粒污染，可對(duì)等離子反應(yīng)器進(jìn)行周期性地清洗，以除去聚合物沉積物。等離子清洗方法已在美國專利5486235；5676759和5685916中公開。此外，一般還可以用新的反應(yīng)器部件更換等離子反應(yīng)器的舊部件。
這樣，就需要提供多個(gè)能夠降低反應(yīng)器腔室內(nèi)的顆粒污染水平的等離子反應(yīng)器部件。采用這種部件有利于提高產(chǎn)量和/或延長等離子反應(yīng)器部件的清洗或更換周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)可通過將一種涂層材料例如陶瓷或高溫聚合物以等離子方式噴涂到暴露于等離子作用下的反應(yīng)器表面上來降低等離子反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污染。以等離子法噴涂的材料形成具有所需表面粗糙度特性的涂層材料，從而促使聚合物沉積物粘附于該涂層上。聚合物沉積物在反應(yīng)室表面上的較好的附著性降低了沉積物在反應(yīng)室表面上剝落或脫落的可能性，從而降低反應(yīng)器內(nèi)顆粒污染的程度。通過提高聚合物沉積物在等離子反應(yīng)器組件上的附著性，就不必經(jīng)常對(duì)反應(yīng)器的各個(gè)部件進(jìn)行清洗和更換，從而降低了等離子反應(yīng)器的操作成本。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種制造等離子反應(yīng)器部件的方法。這些反應(yīng)器部件設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)在使用過程中暴露于等離子作用下的表面。該方法包括將一種涂層材料以等離子法噴涂到暴露于等離子作用下的部件表面上，以形成具有一定表面粗糙度的涂層，這種粗糙度可提高聚合物沉積物的附著性。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種等離子反應(yīng)器的部件，這種反應(yīng)器的部件具有一個(gè)或多個(gè)在加工過程中暴露于等離子作用下的表面。這種部件包括一個(gè)以等離子法噴涂到其暴露于等離子作用下的表面上的涂層。該涂層具有可提高聚合沉積物的附著性的表面粗糙度。
根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，還提供一種包括上述一個(gè)或多個(gè)部件的等離子反應(yīng)器和一種處理容納在反應(yīng)器內(nèi)的基片的方法。該方法包括利用等離子體接觸基片的暴露面的步驟。


下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，在附圖中，相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示，其中圖1示出了傳統(tǒng)的等離子噴涂工藝；圖2示出了安裝有經(jīng)等離子噴涂后的根據(jù)本發(fā)明反應(yīng)器部件的金屬蝕刻腔室；圖3示出了安裝有根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)過等離子噴涂后的反應(yīng)器部件的高密度氧化蝕刻腔室；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于圖3所示的蝕刻腔室內(nèi)的氣體分配板的頂視圖。
對(duì)最佳實(shí)施例的說明本發(fā)明在降低基片的顆粒污染方面提出了改進(jìn)方案，其中基片可以是半導(dǎo)體(例如，硅、砷化鎵等)晶片、平板顯示器基片和類似物。具體而言，本發(fā)明提供了用于等離子處理室內(nèi)的多個(gè)部件，其中等離子處理室設(shè)置多個(gè)等離子暴露表面，這些表面具有可提高聚合物附著性的表面粗糙度。這些粗糙的表面是通過用等離子法將一種象陶瓷或聚合物材料這樣的涂層材料噴涂到上述表面上形成的。根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)等離子噴涂后的部件可用于在加工過程中處于等離子作用下的所有等離子反應(yīng)器的部件上。合適的部件包括腔室內(nèi)襯、擋環(huán)、氣體分配板、聚集環(huán)、等離子密封環(huán)、底座和內(nèi)襯支架。
本發(fā)明的反應(yīng)器部件可由金屬材料或陶瓷材料制成。合適的金屬材料包括鋁。將被等離子噴涂的鋁制表面可以是裸露的(除了自身的氧化層之外)或經(jīng)過陽極化處理。反應(yīng)器的部件也可由陶瓷材料制成，例如氧化鋁、二氧化硅、石英、二氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、碳化鋇、一碳化鋯、金剛砂、碳化硼、氮化鋁、氮化鈦、氮化硅和/或氮化硼。這些陶瓷部件可由任何傳統(tǒng)的陶瓷制造技術(shù)制造而成，例如將陶瓷粉末熱壓和燒結(jié)成具有一定體積的部件。
在本發(fā)明中，在加工過程中暴露于等離子作用下的反應(yīng)器部件之任何或所有表面都被涂敷一層等離子噴涂材料，例如陶瓷或高溫聚合物。根據(jù)本發(fā)明，由等離子噴涂形成的涂層使反應(yīng)器的內(nèi)表面具有一定的粗糙度，這種粗糙度提高了蝕刻過程中在等離子腔室內(nèi)形成的聚合物沉積物的附著性。在本發(fā)明中，這種涂層的表面粗糙度(Ra)最好適合于提高在對(duì)等離子反應(yīng)器內(nèi)的基片進(jìn)行處理的過程中所形成的聚合物副產(chǎn)品的附著性。例如，根據(jù)本發(fā)明的等離子噴涂表面的表面粗糙度(Ra)的算術(shù)平均數(shù)可以落入150至190微英寸的范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)的表面粗糙度值可提高在等離子蝕刻(例如金屬蝕刻)過程中沉積在反應(yīng)器腔室內(nèi)表面上的聚合物的附著性。
等離子噴涂工藝一般包括將熔融的材料或熱軟化的材料噴涂到一個(gè)表面上的工序。圖1示出了一種常規(guī)的等離子噴涂工藝。通常為粉末狀的涂層材料112被噴射到一個(gè)高溫的等離子火焰114上，粉末112在等離子火焰上被迅速加熱并加速到一個(gè)很高的速度。這種熱材料撞擊基片表面116并迅速冷卻，形成涂層118。
等離子噴槍120一般包括一個(gè)陽極122(通常由銅制成)和一個(gè)陰極124(通常由鎢制成)，該陽極和陰極均可被水冷卻。等離子氣體126(例如，氬、氮、氫、氦等)沿大體由箭頭128表示的方向圍繞陰極流動(dòng)并流過被制造成收縮噴嘴形狀的陽極122。等離子體是由一個(gè)能夠產(chǎn)生局部電離現(xiàn)象的高壓放電器和一個(gè)導(dǎo)電通路激發(fā)產(chǎn)生的，以用于在陰極124和陽極122之間形成直流電弧。電弧的電阻加熱作用使氣體達(dá)到極高的溫度并分離、電離，從而形成等離子體。等離子以自由或中性的等離子火焰(沒有攜帶電流的等離子體)的形式離開陽極122。當(dāng)?shù)入x子體穩(wěn)定下來并準(zhǔn)備噴涂時(shí)，電弧向下朝噴嘴延伸。粉末112通常經(jīng)過一個(gè)外部粉末口132被送向等離子火焰，而粉末口132就設(shè)置在陽極噴嘴出口134附近。粉末112被迅速加熱并產(chǎn)生加速，從而使處于熔融或熱軟化狀態(tài)下的粉末顆粒112撞擊基片116。
在涂層/基片的連接處和形成等離子噴涂涂層的顆粒之間可設(shè)置不同種類的連接機(jī)構(gòu)。一般情況下，既存在機(jī)械鎖定，又存在擴(kuò)散粘接?？赡艽嬖诘倪B接機(jī)構(gòu)包括機(jī)械式鍵鎖機(jī)構(gòu)或機(jī)械式互鎖機(jī)構(gòu)；擴(kuò)散粘接機(jī)構(gòu)；其它粘接劑、化學(xué)和物理連接機(jī)構(gòu)(例如范德瓦耳斯引力)。影響粘接效果和等離子噴涂涂層的形成效果的因素包括基片表面的清潔度；可用于粘接的表面面積；表面構(gòu)造或表面輪廓；顆粒和基片的溫度(熱能)；時(shí)間(例如，反應(yīng)速度和冷卻速度等)；粉末顆粒的速度(動(dòng)能)；基片和粉末微粒的物理、化學(xué)特性；在處理過程中發(fā)生的所有物理和化學(xué)反應(yīng)。
在本發(fā)明中，可以采用表面處理技術(shù)例如清洗和研磨或噴砂來形成更具化學(xué)和物理活性的組分表面，以用于等離子噴涂涂層的粘接。通過研磨或噴砂來增加用于粘接的表面面積，這樣就會(huì)提高涂層的粘接強(qiáng)度。對(duì)于由氧化鋁制成的腔室部件而言，需要噴涂的表面最好采用無雜質(zhì)的氧化鋁介質(zhì)進(jìn)行噴砂處理。這樣，就可以利用合適的技術(shù)例如用空氣或CO2對(duì)具有一定粗糙度的表面進(jìn)行清洗，和/或用酸溶液清洗這些表面，從而除去松散的顆粒。經(jīng)過這種處理后形成的基片的粗糙表面的形狀輪廓有利于涂層與基片機(jī)械連接或鎖定。
一旦完成了等離子噴涂涂層的噴涂操作，那么就可以利用合適的技術(shù)對(duì)涂層的裸露表面進(jìn)行清洗。合適的清洗技術(shù)包括用空氣或CO2對(duì)表面進(jìn)行射流清洗和/或超聲波清洗。這些清洗步驟可重復(fù)進(jìn)行，目的是達(dá)到在對(duì)基片進(jìn)行等離子處理的過程中所需的表面清潔度或在使用該部件之前調(diào)整部件的表面狀態(tài)。
等離子噴涂技術(shù)具有能夠噴涂熔點(diǎn)極高的材料(例如難熔金屬和陶瓷)的優(yōu)點(diǎn)。例如，由等離子噴涂的陶瓷涂層可被用作各種等離子反應(yīng)器部件的保護(hù)涂層。例如見美國專利5560780；5879523；5993594和6120640。此外，現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出可噴涂高熔點(diǎn)的熱塑性塑料和熱固性聚合物(例如聚酰亞胺)的等離子噴涂方法。
在本發(fā)明中，等離子噴涂涂層可以是能夠抵御等離子侵蝕的任何材料。例如，適合被用作反應(yīng)器部件的所有陶瓷材料均可被用作涂層，只要這些材料能夠以等離子的方式進(jìn)行噴涂即可。當(dāng)涂層為陶瓷材料時(shí)，該涂層的材料最好與設(shè)置在其下方的部件所用的材料相同。通過使用相同的材料制造部件和涂層，就可以使涂層和部件之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差值最小或使該膨脹系數(shù)的差值得以降低。使用時(shí)，CTE的差值可能會(huì)在反應(yīng)器部件的熱循環(huán)過程中使涂層材料剝落。當(dāng)涂層為氧化鋁時(shí)，最好以2至5密耳(0.002至0.005英寸)的厚度將涂層噴涂到部件上。
該涂層還可以是一種聚合材料。當(dāng)涂層為聚合物時(shí)，該聚合物應(yīng)該能夠利用等離子法進(jìn)行噴涂，以在部件上形成緊密粘附的涂層。最佳的高溫聚合物是一種象VESPEL這樣的聚酰亞胺，而VESPEL是杜幫公司的一個(gè)注冊(cè)商標(biāo)。聚酰亞胺涂層最好以10至30密耳(0.010至0.030英寸)的厚度噴涂到部件上。
在對(duì)基片進(jìn)行等離子刻蝕的過程中，一些結(jié)構(gòu)特征就被蝕刻到設(shè)置于基片(例如晶片)上的多個(gè)不同材料層上。一般可被蝕刻的材料包括金屬和象氧化物(例如二氧化硅)這樣的介電材料。在這種蝕刻工藝中，可采用一個(gè)氣體分配板來控制氣流在位于基片平面上方的反應(yīng)器空間內(nèi)的空間分布。已經(jīng)形成的聚合物在等離子反應(yīng)器內(nèi)存在很大問題，因?yàn)樵诘入x子反應(yīng)器內(nèi)，一個(gè)與射頻(RF)源相連接的天線在處理腔室內(nèi)激勵(lì)氣體進(jìn)入等離子狀態(tài)。這種等離子反應(yīng)器已在美國專利4948458；5198718；5241245；5304279；5401350；5531834；5464476；5525159；5529657和5580385中公開。在這樣的系統(tǒng)中，天線與處理腔室的內(nèi)部被一個(gè)介電部件隔開，介電部件例如可以是介電窗口、氣體分配板、由環(huán)氧樹脂制成的封閉層或類似部件，而且RF能量通過介電部件被進(jìn)送到該腔室內(nèi)。這種處理系統(tǒng)可用于半導(dǎo)體加工領(lǐng)域內(nèi)的許多方面，例如蝕刻、沉積、防剝落等等。
當(dāng)在上述類型的等離子反應(yīng)器內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行氧化物刻蝕或金屬蝕刻的過程中，可能會(huì)在反應(yīng)器的內(nèi)表面上形成聚合物沉積物，這些內(nèi)表面包括介電部件的裸露表面或面向晶片的氣體分配板。當(dāng)形成的聚合物逐漸變厚時(shí)，聚合物就可能從介電部件上剝落或脫落。當(dāng)介電部件恰好定位于基片和卡盤的上方時(shí)，聚合物顆粒就可能直接落入下方的基片或卡盤上。這些聚合物微?？赡軙?huì)將瑕疵帶入基片內(nèi)，從而降低了產(chǎn)量?；蛘撸w?？赡芤苿?dòng)到卡盤表面上，造成夾卡問題。
一般情況下，蝕刻工藝會(huì)周期性地停止并對(duì)內(nèi)部腔室進(jìn)行清洗(例如利用干刻處理法)，以降低顆粒污染的水平。但是，不正確或不完整的清洗實(shí)際上反而會(huì)提高腔室內(nèi)的顆粒污染水平。此外，由于清洗所需的“停機(jī)時(shí)間”也會(huì)大大降低產(chǎn)量。因此，最好對(duì)聚合物在蝕刻腔室的內(nèi)表面上的沉積進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量并保持等離子反應(yīng)器內(nèi)的基片產(chǎn)出量。
上述類型的金屬蝕刻反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)例可以是一種變壓器耦合的等離子反應(yīng)器，這種等離子反應(yīng)器也被稱為TCPTM9600型等離子反應(yīng)器，該等離子反應(yīng)器可從加利福尼亞州的LAM Research Corporationof Fremont公司買到。在圖2中，示出了一種包括有一個(gè)等離子處理腔室152的反應(yīng)器150。在腔室152的上方設(shè)置有一個(gè)能夠產(chǎn)生等離子的天線156，該天線156在圖2中是由一個(gè)平面狀的線圈構(gòu)成的。RF線圈156一般可通過一個(gè)相匹配的網(wǎng)絡(luò)(未示出)被一個(gè)RF振蕩器158所激勵(lì)。在腔室152內(nèi)設(shè)置有一個(gè)噴頭154，該噴頭最好包括多個(gè)孔，這些孔用于將氣態(tài)原材料例如蝕刻劑氣體釋放到位于噴頭和晶片170之間的射頻感應(yīng)式等離子區(qū)域內(nèi)。
氣態(tài)的原材料也可從設(shè)置在腔室壁152上的口釋放出來。蝕刻劑源化合物例如可包括鹵素，例如Cl2和BCl3，當(dāng)通過鋁或一種鋁合金進(jìn)行蝕刻時(shí)。當(dāng)然，也可以采用其它蝕刻劑化合物(例如，CH4，HBr，HCl，CHCl3)及可形成聚合物的物質(zhì)，例如碳?xì)浠衔?、碳氟化合物和氫化碳氟化合?hydro-fluorocarbon)。這些氣體可與優(yōu)選的惰性氣體和/或不起反應(yīng)的氣體一起使用。
使用時(shí)，將一晶片170放置在由腔室壁172限定而成并設(shè)置在基片支座162上的腔室152內(nèi)，基片支座162起到一個(gè)低電極或第二電極的作用。晶片最好被一個(gè)射頻振蕩器164(一般通過一個(gè)匹配的網(wǎng)絡(luò))所偏壓。晶片上可包括多個(gè)集成電路(ICs)。ICs例如可包括象PLAs、FPGAs和ASICs這樣的邏輯部件或象隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAMs)、動(dòng)態(tài)RAMs(DRAMs)、同步DRAMs(SDRAMs)或只讀存儲(chǔ)器(ROMs)這樣的存儲(chǔ)器部件。當(dāng)施加一個(gè)RF功率時(shí)，可反應(yīng)的物質(zhì)(由蝕刻劑源氣體形成)就會(huì)對(duì)晶片170上的裸露表面進(jìn)行蝕刻?？蓳]發(fā)的副產(chǎn)品從出口166排出。在完成處理操作后，就可將晶片切開，以將集成電路分成多個(gè)獨(dú)立的芯片。
在本發(fā)明中，等離子密封環(huán)(未示出)、腔壁172、腔室內(nèi)襯(未示出)和/或噴頭154的裸露表面上可設(shè)置有一種等離子噴涂的涂層160，這種涂層的表面粗糙度可提高聚合物的附著性。此外，暴露于等離子下的基片底座168的表面也可設(shè)置有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的等離子噴涂涂層(未示出)。這樣，幾乎所有封閉高密度等離子體的表面都將具有可提高聚合物附著性的表面粗糙度。這樣，就可以大大降低反應(yīng)器內(nèi)部的微粒污染程度。
本發(fā)明的反應(yīng)器部件還可應(yīng)用于高密度氧化物的蝕刻工藝中。氧化物蝕刻反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)例就是TCP9100TM型等離子蝕刻反應(yīng)器，該反應(yīng)器可從加利福尼亞州的LAM Research Corporation of Fremont公司買到。在TCP9100TM型反應(yīng)器中，氣體分配板是一個(gè)恰好設(shè)置在TCPTM型窗口下方的環(huán)形板，它也是一個(gè)設(shè)置在反應(yīng)器頂部上的真空密封表面，該真空密封表面定位在一個(gè)位于半導(dǎo)體晶片上方的平面內(nèi)并平行于半導(dǎo)體晶片。該氣體分配環(huán)將來自原料源的氣體進(jìn)送到由氣體分配板限定而成的空間內(nèi)。該氣體分配板上設(shè)置有一組穿過該板延伸并具有規(guī)定直徑的通孔。這些孔在氣體分配板上的空間分布是可以改變的，目的是提高晶片上的待刻層的蝕刻均勻性，這些蝕刻層例如可以是感光樹脂層、二氧化硅層和底基層。氣體分配板的橫截面形狀也是可以改變的，目的是控制RF功率在反應(yīng)器內(nèi)的等離子體中的分布。該氣體分配板可由介電材料制成，目的是使這種RF功率能夠通過氣體分配板進(jìn)入反應(yīng)器。此外，制造氣體分配板所用的材料最好是能夠有效防止在環(huán)境內(nèi)出現(xiàn)化學(xué)濺射蝕刻(例如氫化碳氟化合物氣體的等離子體)現(xiàn)象的材料，目的是避免擊穿現(xiàn)象的出現(xiàn)和由于擊穿而產(chǎn)生顆粒。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于氧化蝕刻的真空處理室如圖3所示。該真空處理室10包括一個(gè)基片支座12和一個(gè)聚焦環(huán)14，其中基片支座12以一個(gè)底電極的形式存在，該電極能夠?yàn)榛?3提供一個(gè)靜電夾緊力并為支承在該電極上的基片提供一個(gè)RF偏壓，而聚焦環(huán)14用于將等離子限制在位于基片上方的區(qū)域內(nèi)?？衫靡环N導(dǎo)熱氣體例如氦氣對(duì)基片進(jìn)行背部冷卻。一個(gè)用于保持腔室內(nèi)等離子體的高密度(即，1011-1012離子/厘米3)的能量源，例如以平面型螺旋線圈形式存在的天線18以感應(yīng)的方式將RF能量連接到腔室10內(nèi)，以形成高密度的等離子體，其中天線18由一個(gè)合適的RF源和合適的RF阻抗匹配電路來驅(qū)動(dòng)。該腔室包括合適的真空泵送裝置，其用于使腔室的內(nèi)部保持在一個(gè)所需的壓力環(huán)境下(例如低于50毫托(mTorr)，一般為1-20毫托)。一個(gè)厚度均勻且基本為平面狀的介電窗口20設(shè)置在天線18和處理室10的內(nèi)部之間并在處理室10的頂部形成了真空壁。一個(gè)通常被稱為噴頭22的氣體分配板設(shè)置在窗口20的下方并包括多個(gè)可以是圓形的開口(未示出)，這些開口用于將由氣體源23進(jìn)送的處理氣體輸送到處理室10內(nèi)。一個(gè)錐形的內(nèi)襯30從氣體分配板伸出并包圍基片的底座12。天線18可設(shè)置有一條通道24，溫度控制流體可通過該通道流過入口和出口導(dǎo)管25、26。但是，天線18和/或窗口20也可通過其它技術(shù)來冷卻，例如通過在整個(gè)天線和窗口上吹送空氣，并使冷卻介質(zhì)流過窗口和/或氣體分配板等，或使冷卻介質(zhì)流動(dòng)到能夠與窗口和/或氣體分配板等進(jìn)行傳熱接觸的位置上。
操作時(shí)，將晶片定位在基片支座12上，而且晶片一般被一個(gè)靜電夾、一個(gè)機(jī)械夾爪或氣體夾緊機(jī)構(gòu)保持在合適的位置上。接著，可通過使處理氣體流過窗口20和氣體分配板22之間的間隙的方式將處理氣體進(jìn)送到真空處理室10內(nèi)。合適的氣體分配板(即噴頭)的結(jié)構(gòu)已在同屬本申請(qǐng)人擁有的美國專利5824605；5863376和6048798中公開。
氣體分配板可具有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一個(gè)具體實(shí)例如圖4所示。圖4所示的氣體分配板40包括89個(gè)孔41和四個(gè)設(shè)置在氣體分配板的中心處的凸起42，這些凸起提供了一條用于在氣體分配板和介電窗口之間進(jìn)送處理氣體的通道。
如圖3所示，氣體分配板22、腔室內(nèi)襯30和/或聚焦環(huán)14的等離子裸露表面設(shè)置有以等離子法噴涂的陶瓷或聚合材料涂層32，這些涂層具有可提高聚合物的附著性的表面粗糙度。這樣，就可以大大降低反應(yīng)器內(nèi)部的微量污染。
在使用后，根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器部件的內(nèi)表面就會(huì)被聚合物沉積物所覆蓋。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可將該部件從反應(yīng)器內(nèi)拆卸下來，這樣就可以將已有的等離子噴涂涂層和所有積累下來的沉積物以物理方式從部件內(nèi)除掉，而且可重新噴涂一層新的等離子涂層?？衫脵C(jī)械方式例如研磨或噴砂法將舊涂層除掉。這樣，就可以重新使用反應(yīng)器部件了。
為確定本發(fā)明的等離子噴涂涂層的附著性，進(jìn)行了條帶測試。將一個(gè)涂覆有根據(jù)本發(fā)明的氧化鋁等離子噴涂涂層的氧化鋁氣體分配板安裝到位并應(yīng)用到TCP9600TM型金屬蝕刻反應(yīng)器中。在類似的條件下，將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的熱壓和燒結(jié)氧化鋁氣體分配板(沒有等離子噴涂涂層)應(yīng)用到相同類型的反應(yīng)器中。在兩個(gè)氣體分配板的等離子裸露表面上均形成了大量的聚合物沉積物。在條帶測試中，一片條帶被粘附在每個(gè)氣體分配板的表面上并將其剝落。在從經(jīng)等離子噴涂的氣體分配板(GDP)上除掉的那片條帶上沒有看到聚合物。但是，從標(biāo)準(zhǔn)(無等離子噴涂涂層)的氣體分配板(GDP)上除掉的條帶上發(fā)現(xiàn)了大量的聚合物沉積物。
上面已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的原理、最佳實(shí)施例和操作方式作出了說明。但是，不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明僅局限于上述的具體實(shí)施例。上述的實(shí)施例僅是說明性的，而不是限制性的，還應(yīng)該知道在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明之保護(hù)范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作出多種變形和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造等離子反應(yīng)器部件的方法，所述等離子反應(yīng)器的部件在使用時(shí)具有一個(gè)或多個(gè)暴露在等離子下的表面，該方法包括利用等離子將一種涂層材料噴涂到一個(gè)暴露在等離子作用下的部件表面上，從而形成一個(gè)具有一定表面粗糙度的涂層，所述的表面粗糙度可提高聚合物沉積物的粘附性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括下述步驟對(duì)暴露在等離子作用下的部件表面進(jìn)行粗糙化處理；且在等離子噴涂涂層材料前清洗被粗糙化的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括對(duì)由等離子噴涂形成的涂層的裸露表面進(jìn)行清洗的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述涂層材料為陶瓷或聚合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述部件設(shè)置有多個(gè)通孔，所述方法還包括在等離子噴涂涂層前堵住所述通孔的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將所述部件從等離子反應(yīng)室內(nèi)拆卸下來，并且在等離子將涂層噴涂到清洗過的表面上之前通過除去所有已有的涂層和/或粘附的聚合物沉積物的方式清洗等離子裸露表面的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述等離子噴涂的涂層是一種厚度為2至5密耳的陶瓷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述部件和涂層材料包括相同的陶瓷材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述涂層材料為聚酰亞胺。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述涂層的厚度為10至30密耳。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述部件由包括等離子密封環(huán)、聚焦環(huán)、底座、腔壁、反應(yīng)室內(nèi)襯和氣體分配板在內(nèi)的這組部件中選出。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述粗糙化的步驟包括對(duì)部件的表面進(jìn)行噴砂處理的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述涂層的表面粗糙度值(Ra)的算術(shù)平均值介于150至190微英寸之間。
14.一種等離子反應(yīng)器的部件，該部件設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)在處理過程中暴露在等離子作用下的表面，該部件包括一個(gè)等離子噴涂涂層，該涂層被噴涂到暴露在等離子作用下的表面上，其中所述涂層具有可提高聚合物沉積物的粘附性的表面粗糙度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的部件，其特征在于所述部件由一種金屬材料或一種陶瓷材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的部件，其特征在于所述部件包括鋁并具有一個(gè)陽極化表面或非陽極化等離子裸露表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的部件，其特征在于所述部件由一種選自下述這組材料的陶瓷材料制成氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳化硼和氮化硼。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的部件，其特征在于所述部件由包括等離子密封環(huán)、聚焦環(huán)、底座、腔壁、反應(yīng)室內(nèi)襯和氣體分配板在內(nèi)的這組部件中選出。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的部件，其特征在于所述涂層為一種陶瓷或聚合材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的部件，其特征在于所述涂層由一種選自下述這組材料的陶瓷材料制成氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳化硼和氮化硼。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的部件，其特征在于所述部件和所述涂層材料包括相同的陶瓷材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的部件，其特征在于所述涂層的厚度為2至5密耳。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的部件，其特征在于所述涂層為聚酰亞胺。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的部件，其特征在于所述涂層的厚度為10至30密耳。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的部件，其特征在于所述涂層的表面粗糙度值(Ra)的算術(shù)平均值為150至190微英寸。
26.一種等離子反應(yīng)器，其包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的至少一個(gè)部件。
27.一種在根據(jù)權(quán)利要求26的等離子反應(yīng)器內(nèi)處理基片的方法，該方法包括用等離子與基片的一個(gè)裸露表面相接觸的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，還包括下述步驟將所述基片定位在反應(yīng)器中的基片支座上；將一種處理氣體導(dǎo)入所述反應(yīng)器；將RF能量作用于處理氣體上，以在鄰近基片的裸露表面上產(chǎn)生等離子；利用等離子對(duì)裸露的基片表面進(jìn)行蝕刻處理。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于所述處理氣體包括至少一種可形成聚合物的物質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其特征在于所述基片的裸露表面包括一種金屬材料或一種氧化物。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于所述部件是一個(gè)氣體分配板，所述方法還包括通過氣體分配板上的多個(gè)孔將所述處理氣體導(dǎo)入反應(yīng)器內(nèi)的步驟。
全文摘要
用于等離子處理腔室內(nèi)的多個(gè)部件設(shè)置有多個(gè)等離子裸露表面，這些表面具有可提高聚合物粘附性的表面粗糙度。這些粗糙表面是通過由等離子將一種涂層材料(32)例如陶瓷或高溫聚合物噴涂到部件的表面上形成的。根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)等離子噴涂后的部件可用于等離子反應(yīng)器上，其中等離子反應(yīng)器設(shè)置有多個(gè)在處理過程中暴露于等離子作用下的表面。合適的部件包括腔壁、腔室內(nèi)襯(30)、擋環(huán)、氣體分配板(22)、等離子密封環(huán)(14)和內(nèi)襯支架。通過提高聚合物的粘附性，經(jīng)等離子噴涂過的部件就可以降低處理腔室內(nèi)的顆粒污染水平，從而提高產(chǎn)量并減少清洗和/或更換腔室部件所需的停機(jī)時(shí)間。
文檔編號(hào)C23C4/02GK1489641SQ01821426
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2001年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者克里斯托弗·C·張, 羅伯特·J·西格, J 西格, 克里斯托弗 C 張 申請(qǐng)人:蘭姆研究公司