用于在等离子处理室内防止等离子不受限制故障发生的方法和装置制造方法
【专利摘要】用于显著地减少和/或防止等离子不受限制故障发生的方法和装置，包括利用介电防护结构防护在室部件之间并沿RF电流路径存在的间隙、利用介电防护结构遮蔽尖锐部件结构、以及将相邻等离子限制环对之间的间隙保持为小于该等离子的所述最坏情况德拜长度中的一种或多种。
【专利说明】用于在等离子处理室内防止等离子不受限制故障发生的方法和装置
本申请是申请号为200780021251.6、申请日为2007年6月8日、发明名称为“用于在等离子处理室内防止等离子不受限制故障发生的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0001]在基板，例如半导体基板或诸如使用于平板显示器制造的玻璃平板的处理中，经常运用等离子。作为在等离子室中基板处理的一部分，例如，在一系列步骤中处理基板，其中材料被有选择地去除(蚀刻)和沉积，以在其上形成电气部件。
[0002]在基于ExelanTM等离子处理系统平台(可从Fremont, CA的Lam Research公司获得)的一个示例性室实施中，采用RF能量在期望的等离子保持区域(即等离子处理室内为基板处理目的而存在有等离子的区域)内引发和保持等离子。在等离子处理过程中，RF回流可能通过例如上部电极从等离子保持区域内导走。在该示例性的实施中，该RF回流穿过室顶，并经室内衬的横向RF带以及下部接地斗，然后回至悬臂孔内表面，由此在限制环外部传导。沿该复杂的路径，该RF回流穿过结合相邻RF室部件(或元件)的多个界面。
[0003]在典型地用于机械加工的部件的情况下，很多RF室部件具有匹配表面、接口、因加工或容差考虑而导致的间隙或尖锐边缘。当相邻的RF室部件匹配到一起时，这些尖锐角或表面本身形成间隙，从而形成对RF电流的高阻抗障碍。
[0004]不希望局限于理论，确信在某些情况下，该高阻抗可导致横跨间隙产生高电压。如果该电压足够高，则可横跨该间隙产生火花或电弧。在很多情况下，该电弧现象可导致喷射入环绕气体空间(一个或多个)内的带电粒子，例如电子或离子。该气体空间环绕很多RF室部件，但不设置于期望在处理过程中产生和保持等离子的等离子产生区域内，但是在某些条件下仍可在室运行过程中被导通，并引发和/或保持等离子。因此，该不期望的带电粒子的注入可导致在环绕这些间隙的气体空间内不期望的等离子的引发，即使这些气体空间不位于上述期望的等离子产生区域内(例如，大致上由上部电极、下部电极、和环绕的限制环限定的区域)。
[0005]当这些不期望的引发故障中的一种发生时，等离子室据称将遭受等离子不受限制故障(plasma un-confinement event),它是对基板处理环境和当前待处理基板而言极不期望出现的情况，并可能会导致对室硬件部件、尤其是对静电卡盘的损坏。
[0006]应当注意到，不同的RF室可能具有不同的部件或设计，并且RF电流可能在不同的室中具有不同路径。不考虑不同RF室的特殊性，很多室中的RF电流趋向于穿过多个RF室部件，并趋向于偶发地遭受类似的与间隙相关的电弧现象和不期望的等离子引发问题。
【发明内容】
[0007]在一个实施方式中，本发明涉及一种等离子处理系统，其具有配置为用于处理基板的等离子处理室。该系统包括多个部件，该多个部件中的至少两个部件设置为以一种匹配配置形式彼此邻近，使得在该两个部件之间存有间隙。该间隙沿该处理过程中的RF电流路径存在。该处理系统还包括介电防护结构，其配置为在该处理过程中，防护该间隙的至少部分不受该等离子处理室内的环绕气体空间影响。
[0008]在另一个实施方式中，本发明涉及一种等离子处理系统，其具有配置为用于处理基板的等离子处理室。该等离子处理系统包括多个部件，该部件中的至少一个具有沿在该处理过程中的RF路径存在的尖锐部件结构。该处理系统还包括介电防护结构，其配置为在该处理过程中，防护该尖锐部件结构中的至少部分不受该等离子处理室内的环绕气体空间影响。
[0009]在另一个实施方式中，本发明涉及一种用于配置用于处理基板的等离子处理室的方法，该等离子处理室内具有多个限制环。该方法包括为在所述处理过程中于所述等离子处理室内产生的等离子确定最坏情况德拜长度。该方法进一步包括执行调整该多个限制环中个别一些之间的间隙以及增加至少一个附加限制环中的至少一种，以确保任何一对相邻限制环之间的间隙大于所述最坏情况德拜长度。
[0010]本发明的这些和其它优点将会结合附图，在以下本发明的具体描述中更详细地说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]在附图中，本发明以示例而非限制的形式说明，并且其中类似的参考标号代表类似的元件，并且其中:
[0012]图1根据本发明的一个或多个实施方式，显示了设置于等离子处理室外部区域内的介电盖和限制环的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0013]以下将结合附图和【具体实施方式】对本发明进行具体描述。在以下描述中，阐明了多个具体细节，以提供对本发明透彻的理解。但是，明显地，对本领域的技术人员而言，本发明可以不具有一些或所有该具体细节而被实施。在其它情况下，未描述熟知的处理步骤和
/或结构。
[0014]在本发明的实施方式中，提供了用于显著地减少和/或防止等离子不受限制故障发生的技术和装置。如上述讨论，确信等离子室设计和/或结构的某些方面可导致电弧的产生，导致在期望的等离子保持区域外部引发等离子。如早先所提及，发明人在此确信，当相邻室部件的匹配表面之间的间隙沿RF电流路径(例如，RF电流回路)存在时，该间隙成为产生电弧现象的一个因素。在电弧发生过程中出现的火花导致不期望的电荷或能量注入，其可导致带电粒子的产生和/或喷射入环绕气体空间内。
[0015]另一个导致不期望的等离子引发的因素确信为沿RF电流路径存在的尖锐室部件边缘或角。这些尖锐的几何结构趋向于聚集电场，并在某些情况下导致在环绕气体空间内不期望的带电粒子的产生。
[0016]还确信，该偶发不受限制等离子故障也可由带来等离子密度浪涌(surge)的瞬时不稳定故障所导致。这些等离子密度浪涌可能由多种原因引起，例如RF发生器浪涌。不考虑在等离子密度内产生这些瞬时浪涌的原因，确信通过合适地配置和/或减少相邻等离子限制环之间的空间，可增强对等离子的限制。[0017]本发明的实施方式旨在关注上述等离子不受限制的一个或多个原因。为解决涉及电弧的不期望的等离子引发问题，根据本发明的一个实施方式，提供了一种介电防护结构(例如盖或护套)，其可防护沿RF电流路径存在的相邻室部件之间的间隙免受环绕气体空间(一个或多个)影响。大体而言，可依必要提供一个或多个护套或盖，以提供防护功能。参考图1，其显示了示例性等离子处理室的相关部分，图中显示了介电护套102，其防护该示例性室实施内的间隙104和间隙106不受邻近间隙104和间隙106的相邻环绕气体空间的影响。在图1的示例性实施中，间隙104存在于外部电极110 (例如，其可由硅形成)和安装板112之间的界面处。尽管外部电极110和安装板112可匹配安装到一起(例如，通过合成橡胶粘结)，但在相邻的匹配表面内仍存有小的间隙。类似地，间隙106存在于安装板112和上部室结构114 (例如，其由铝形成)之间。
[0018]确信，当RF电流沿室部件表层或表面传导时，间隙例如间隙104可形成对RF电流的高阻抗障碍，导致横跨该间隙产生电势差，并且，在某些情况下，导致由电弧表征的放电现象产生。
[0019]护套102可由介电材料形成(例如无机绝缘体材料)，并防护该间隙不受相邻环绕气体空间影响。以此种方式，即使横跨间隙104和/或间隙106产生电弧，在电弧形成过程中所产生的火花不受环绕气体空间影响，从而防止在环绕气体空间内不期望的带电粒子的产生和/或喷注，和/或不期望的等离子的引发。
[0020]在一个实施方式中，护套102由石英形成，但也可采用其它合适的介电材料，例如矾土(如氧化铝)、氮化硅等。只要护套102大体上是不导电的，护套102可由任何与在RF室内实施的等离子处理相容的材料制成。尽管图1显示了单个的护套，但多个护套和/或盖也是可能的。另外，防护RF作用间隙免受环绕气体空间影响的介电盖可具有不同于护套的几何形状。
[0021]护套102显示为具有支架132，当安装板112固定(例如，螺栓固定)到上部室结构114时，支架132位于安装板112和上部室结构114之间。在组装过程中，护套102可围绕外部电极110/安装板112结构设置，从而支架132抵靠在于安装板112内形成的肩上。然后，该包括外部电极110、安装板112、和护套102的结构紧固到上部室结构114，使护套102位于安装板112和上部室结构114之间。从参考箭头140的方向上看，没有紧固件结构(例如螺钉头)的暴露部分存在于护套102内，从而减小了污染诱发(contamination trapping)的可能性和/或避免了可能在等离子处理过程中导致火花产生的尖锐结构(例如螺钉头)的出现。关键在于，护套102(以及提供的防护RF作用界面之间间隙不受环绕气体空间影响的盖)可以构成为当被安装于该室之内时，这些护套和盖本身不导致电弧形成。
[0022]如上所述，沿RF电流路径的尖锐部件结构(边缘或角)可能会具有集中电场的效果，其导致在环绕气体空间内不期望的带电粒子的产生和/或不期望的等离子的引发。作为本文采用的术语，尖锐部件结构表示在多个部件之间的部件或结合部，其具有这样的形状，相对于其它部件结构该形状具有增强的集中电场的能力，从而使得在环绕气体空间内发生不期望的带电粒子的产生和/或不期望的等离子的引发。参考图1，接地斗(groundbucket)152的尖锐角150可能会集中电场,使得在环绕气体空间内发生不期望的带电粒子的产生和/或不期望的等离子的引发。需要注意的是，这是一种不同于上述RF作用间隙的不受限制等离子引发机制，因为在角150处不存在间隙。[0023]在本发明的一个实施方式中，提供由介电材料(例如不导电绝缘体材料)形成的介电角-遮蔽盖(corner-draping cover)以防护该尖锐部件结构不受环绕气体空间影响。该角_遮蔽盖在图1的不例中显不为角_遮蔽盖160。角-遮蔽盖160包括一个边缘，其在图1中垂直向下延伸并遮蔽角150，从而形成角150的连续介电防护。在一个实施方式中，角-遮蔽盖160由石英形成，但也可采用其它合适的介电材料，例如矾土(如，氧化铝)、氮化硅等。只要角-遮蔽盖160大体上是不导电的，角-遮蔽盖160可由任何与在RF室内实施的等离子处理相容的材料制成。
[0024]注意到并非必须由单片的材料形成角-遮蔽盖160，以覆盖接地斗152的所有RF作用表面。在图1的示例中，因为接地斗的垂直侧边不暴露于期望的等离子保持区域190内的等离子，所以接地斗152的垂直侧边可依需要利用由不同或相同介电材料形成的其它盖遮蔽。边缘的提供和/或该两个盖的交叠部分允许使用多片(例如，两片)的盖，这降低了制造成本，因为并不需要大块且形状复杂的盖。在一个示例性的实施中，接地斗152的垂直侧边利用盖162覆盖，盖162可例如由塑料材料形成，例如无定形聚醚酰亚胺(通常通过名称Ultem被熟知)。只要盖162大体上是不导电的，盖162可由任何在等离子处理过程中，与在RF室内实施的等离子处理相容和/或与沿接地斗的垂直侧壁所存在情况相容的材料制成。盖162和角-遮蔽盖160可如图1所示交叠，以提供对RF作用角和/或接地斗152的RF作用表面的完全遮盖。
[0025]如上所述，发明人在此确信该偶发不受限制等离子故障也可由带来等离子密度浪涌的瞬时不稳定故障所导致。进一步地，不考虑在等离子密度内瞬时不稳定所产生的具体原因，确信可通过在相邻等离子限制环之间合适的间隔而增强等离子限制。
[0026]大致而言，减小相邻等离子限制环之间的间隔(在某些情形下，可能需要用额外的限制环对现有室进行改装)允许限制环组180在期望的等离子保持区域190内限制等离子，即使是在等离子密度浪涌产生时。但不希望局限于理论，确信，例如，即使该瞬时等离子密度浪涌多达四倍地增加，但相邻限制环间隔二分之一的减小，即可使该限制环组令人满意地限制等离子。通过经验地确定相邻限制环之间的最优间隔，偶发等离子不受限制故障的发生将会显著地减少和/或消除。
[0027]在一个实施方式中，相邻等离子限制环之间的间隔(由变量S表示)尺寸设计为: S<DL(ffC) 方程 1.[0028]在方程I中，DLac)表示等离子的最差情况德拜长度(worst case Debyelength),即在最差情况等离子密度浪涌下等离子的德拜长度。尽管给定的等离子可通过不同方式被量化，但德拜长度是用于量化等离子的最熟知方法之一，并可用于计算任何等离子。关于德拜长度的进一步信息可在多种等离子参考文献中找到，例如包括Introduction to Plasma Physics, Goldston&Rutherford(1997), Institute of PhysicsPublishing, Philadelphia, PA,其合并入此处作为参考。
[0029]通过经验或理论地为给定的等离子处理室确定最差情况等离子密度(甚至通过专业有素的猜测)，可获取德拜长度，然后将其用于方程中以确定相邻等离子限制环之间理想的间隔。在一个实施方式中，相邻限制环间隔的减小，应当与从期望等离子保持区域190内满意地排出副产品气体的需要相平衡。过紧的间隔可能会不当地妨碍副产品气体的去除，从而负面地影响基板处理。如果，例如，室间隔192允许，则可引入具有相应环内间隙的附加的限制环，以导出副产品气流。在一个实施方式中，最优的相邻限制环间隔表示这样的距离，即该距离可显著地减少或消除等离子不受限制故障的发生，同时未不当地影响对从等离子处理室满意地排出副产品气体的要求。可由此相应地配置限制环的数量。
[0030]由以上描述可以理解，本发明的实施方式可有利地减少和/或防止等离子不受限制故障的发生。通过利用介电防护结构遮蔽一个或多个部件的表面、间隙或角，该一个或多个实施方式可减少和/或防止不期望的带电粒子进入环绕该一个或多个部件的气体空间内。通过减小等离子限制环之间的间隔，该一个或多个实施方式可增强对等离子密度浪涌的等离子限制。其结果是，等离子处理可更稳定和/或被更好地控制。
[0031]应当注意到，可在给定的等离子处理室内采用上述技术(B卩，间隙覆盖、角-遮蔽覆盖、和相邻限制环间隔减小)中一个、两个或所有三个的任何组合。另外，尽管说明了具体的室部件以利于讨论，但应当理解这些技术可以被单独或结合地调整，以没有限制地遮蔽可能导致等离子不受限制故障发生的任何RF作用间隙或角或边缘或突出部分。另外，应当注意，尽管本发明通过Exelan?平台进行说明，但本发明的实施方式可适用于任何等离子处理室，包括电容耦合室、电感耦合室、微波室等。
[0032]尽管本发明已通过多个实施方式进行了描述，但可具有落入本发明范围内的变形、置换、和等同方式。例如，尽管图1讨论了用于遮蔽间隙和角的介电盖，但也可采用其它手段，例如介电涂层。还应当注意到，具有实施本发明方法和装置的多种备选方式。因此意在将该说明书解释为包括落入本发明真正精神和范围内的所有该变形、置换、和等同方式。
【权利要求】
1.一种用于配置等离子处理室以防止在基板处理过程中等离子不受限制事件在被限制的等离子保持区域之外发生的方法，其中所述被限制的等离子保持区域由一组设置在室间隙内的、围绕电极的底部的限制环限定，所述方法包括: 为在所述处理过程中于所述等离子处理室内产生的等离子确定最坏情况德拜长度；以及 执行调整任何一对相邻限制环之间的间隔以及增加至少一个附加限制环中的至少一种，该执行包括， 确保所述任何一对相邻限制环之间的间隔小于为所述处理室内产生的等离子确定的所述最坏情况德拜长度，以基本上防止所述等离子不受限制事件发生，以及确保所述间隔提供用于将副产品气体从所述等离子保持区域排出的路径， 其中所述最坏情况德拜长度根据经验确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述执行表示所述调整所述间隔和所述增加所述至少一个附加限制环两者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述执行表示所述调整所述间隔而非所述增加所述至少一个附加限制环。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述执行表示所述增加所述至少一个附加限制环而非所述调整所述间隔。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 确定易于在所述被限制的·等离子保持区域之外引发等离子的条件，其中该条件沿射频(RF)电流路径存在；以及 利用介电防护结构防护所述条件的至少部分不受环绕气体空间影响。
6.一种用于配置等离子处理室以防止在基板处理过程中等离子不受限制事件在被限制的等离子保持区域之外发生的方法，其中所述被限制的等离子保持区域由一组设置在室间隙内的、围绕电极的底部的限制环限定，所述方法包括: 为在所述处理过程中于所述等离子处理室内产生的等离子确定最坏情况德拜长度；以及 执行调整任何一对相邻限制环之间的间隔以及增加至少一个附加限制环中的至少一种，该执行包括， 确保所述任何一对相邻限制环之间的间隔小于为所述处理室内产生的等离子确定的所述最坏情况德拜长度，以基本上防止所述等离子不受限制事件发生，以及确保所述间隔提供用于将副产品气体从所述等离子保持区域排出的路径； 确定相邻室部件的配合表面之间的间隙，所述间隙沿射频(RF)电流路径存在；以及利用介电防护结构防护所述间隙的至少部分不受所述等离子处理室内的环绕气体空间影响。
7.一种用于配置等离子处理室以防止在基板处理过程中等离子不受限制事件在被限制的等离子保持区域之外发生的方法，其中所述被限制的等离子保持区域由一组设置在室间隙内的、围绕电极的底部的限制环限定，所述方法包括: 为在所述处理过程中于所述等离子处理室内产生的等离子确定最坏情况德拜长度；以及执行调整任何一对相邻限制环之间的间隔以及增加至少一个附加限制环中的至少一种，该执行包括， 确保所述任何一对相邻限制环之间的间隔小于为所述处理室内产生的等离子确定的所述最坏情况德拜长度，以基本上防止所述等离子不受限制事件发生，以及确保所述间隔提供用于将副产品气体从所述等离子保持区域排出的路径； 确定沿着射频(RF)电流路径的具有尖锐部件结构的室部件；以及利用介电防护结构防护所述尖锐部件结构的至少部分不受所述等离子处理室内的环绕气体空 间影响。
【文档编号】H01J37/32GK103854946SQ201310595115
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2007年6月8日 优先权日:2006年6月8日
【发明者】安德烈亚斯·菲舍尔, 拉金德尔·德辛德萨 申请人:朗姆研究公司