经结合的多层射频窗的制作方法

专利名称：经结合的多层射频窗的制作方法
技术领域：
本发明大致关于等离子体制程腔体，更详而言之，为关于经结合的多 层介电窗其可允许耦合射频能量至等离子体制程腔体。
背景技术：
射频(radio frequency, RF)等离子体反应腔体内等离子体的温度控制 近来成为达到及维持此等腔体中所处理的晶片上形成特征均一性的重要因 素。当晶片密度增加及次微米特征尺寸持续降低，控制关键尺寸以建立在 每一制程步骤中可预测及稳定等离子体温度(包括此等温度包括面对及邻 接等离子体的墙的溫度)则更为重要。不稳定温度条件影响在反应腔体中气 态化学物的离子化，致使等离子体密度及均匀性发生变化。温度变动影响 腔体中整体反应，且可造成从一晶片到下一晶片、或甚至在单一晶片上从 一晶粒到下 一 晶粒的制程结果不相同。
当等离子体温度精确控制可对许多制程步骤为关键，习知射频反应腔 体系统使用的设计其天性倾向造成等离子体温度自最佳者偏移。在制造期 间，半导体晶片可通常固接于位于腔体中的晶片吸盘。在典型设计中，晶 片可固接接近于介电窗，例如5英寸(13公厘)或更近，射频能源通过此窗 耦合至腔体。
习知系统通常对介电射频窗本身缺乏有效温度控制；因此，造成窗的 温度改变影响等离子体组成及等离子体与晶片的反应。再者，由于晶片通 常位于接近此窗，任何因为窗温度造成的等离子体组成改变都会影响制程 结果。等离子体组成的典型改变导因于窗表面温度对气体粒子再结合速率 的影响。此外，窗温度会影响在线圈(wind)上聚合物沉积速率，且透过窗 表面的二次电子发射常数改变影响等离子体行为。
除了降低单 一 制程的可靠度和效率，射频窗的不适当热控制会降低从 一制程到下一制程所得结果的一致性。当射频窗在后续制程步骤期间重复暴露于高能量射频电场时，热控制问题便可能会恶化。
Wicker等人在美国专利第6,033,585号中揭露用于射频等离子体反应 腔体的多层介电窗。介电窗从外部射频源耦合射频能量进入反应腔体。在 主窗层下方的另一层介电材料作为气体喷头。冷却剂可在循环通过位于窗 上方的射频线圏作为微量温度控制。然而，Wicker等人的多层射频窗并没 有使用经结合的层在窗和喷头之间。相反的，Wicker等人系描述附加喷头 至介电窗、或以粗制方式(green form)形成喷头通道，并4妄着烧结以形成一 体成型的介电窗及喷头。前者中，从喷头至窗的热传递会受限于表面积接 触而被抑制。所揭露系统承受上述的温度控制问题，且Wicker等人没有揭 露对后者的创意方案。
Howald等人在美国专利第6,074,516号中揭露形成蓝宝石的透明光学 窗作为氧化硅介电射频窗中的插栓，以用于需要光学侦测蚀刻制程的射频 等离子体蚀刻腔体。蓝宝石可改善对等离子体的耐受性且维持光学窗的透 明度，然Howald等人的装置没有并入喷头及没有提供温度控制。
业界对于具有适当热特性及热传递特征的射频窗有持续成长的需求。 需要射频窗的温度变化最小化，以不影响反应腔体中的等离子体。避免射 频窗的温度变化需要适当热传递特征以移除由等离子体制程在窗内表面产 生的过量热。此特征应该包括快速热反应，使得当过量热从厚介电窗的内 传递至外表面时窗表面没有存在温度变化。此外，需要射频窗具有足够机 械强度以允许使用等离子体处理300 mm晶片所需用于大直径腔体的抗压 密封而不需要额外结构支持。亦需要不引入粒子或化学污染物至反应腔体 的射频窗且其需要能耐受等离子体制程环境。
用于等离子体腔体墙及如窗的部件的最普遍介电材料包括石英或氧化 硅(Si02)及铝土(Al203)。它们强度可承受真空且相对地不昂贵但可容易地 在等离子体环境被蚀刻。氮化硅(SbN4)为较能耐受一些等离子体环境但具 有高介电常数及较低强度。氧化钇(丫203)及较少成份的钇铝石榴石(YAG具 有组成YxAlyOz)提供优异等离子体蚀刻耐受性及适当机械强度，但大量需 求这些材料时便非常昂贵。亦即，所有已知介电材料无法提供等离子体腔 体的介电墙所有所需性质。众所周知在腔体内部涂布，例如通过等离子体喷洒，可保护衬里。然 而，这些保护衬里的机械及化学性质典型地不如烧结物(亦即块状陶瓷材料) 的性质。因此，等离子体喷洒构件通常并无法用于替换等离子体制程腔体 中的块状陶瓷材料。

发明内容
本发明通过于等离子体制程腔体中提供经结合多层介电墙克服习知系 统前述及其它缺点。此墙可形成射频窗用于耦合射频能量至腔体，例如从 腔体外部感应线圈或其可形成大致平面盖提供至腔体内部通道。
在一实施例中，为独立存在(free-standing)主体的内及外层与第三层结
合一起，且此等层具有为了不同特征选择的不同成分，例如等离子体蚀刻 耐受性、强度、热传导性及射频阻抗。
在另 一实施例中，内与外层以不同成分粉末松散与烧结剂结合一起的 粗制主体(green body)形成。主体经共同燃烧(co-fired)以形成具有粉末粒 子部份接合的烧结层结构。较佳地，中间粗制主体夹设于那些内与外层间 且共同燃烧以作为过渡结合层。
在进一 步实施例中，独立存在的内与外层系以其间形成玻璃粉末的方 式组合。该组件接着在足够形成玻璃层结合内与外层的温度下培烧，但其 培烧温度低于内与外层的熔点温度。
本发明其它态样可通过在反应制程期间的所有时间确认射频窗内表面 有适当冷却的方式，限制等离子体内因射频窗的温度变化所致的温度变化。 亦即，暴露于腔体内体积的表面及等离子体可主动地冷却。
根据本发明的一态样，经结合的多层射频窗可通常包括介电材料的外 层，其具有所需机械及热性质且暴露于射频能量源；介电材料的内层，暴
露于在等离子体反应腔体内部的等离子体且具有适当等离子体耐受度性 质；及结合材料的中间层，位在内层与外层间。结合材料可实质地接触内 层与外层两者的整个面对表面区域，以通过宽广表面接触促进从内层至外 层的热传导。由腔体内部化学反应及由从窗传播射频能量及部分吸收产生 的热可由内层传送至外层离开，其可在晶片制造制程期间冷却。根据本发明的另一态样，实质上如上所述经结合的多层射频窗可包括 冷却导管在中间层或在层间接口。操作期间冷却剂可循环经冷却导管，增 加从内层至外层的热传导。
根据本发明的又一态样，经结合的多层射频窗可包括气体分布导管在 中间层或在其它两层间的接口 。气体注入孔可提供在内层以从气体导管分 布制程气体至等离子体反应腔体。
根据本发明的再一 态样，包括等离子体反应腔体的系统可使用本发明 的经结合的多层射频窗。
本发明的上述及其它伴随优点在参考所附图式检阅其实施例的下述详 细说明可变为更明显。


图1为习知射频等离子体反应腔体的简化剖面图。
图2为经结合的多层射频窗的一 实施例的简化剖面图。
图3为经结合的多层射频窗的另 一实施例的简化剖面图。
图4为使用冷却导管的经结合的多层射频窗的一实施例的简化剖面图。
图5为使用气体分布导管及气体注入孔的经结合的多层射频窗的一实 施例的简化剖面图。
图6为在等离子体反应腔体中使用经结合的多层射频窗的系统的简化 剖面图。
图7为根据本发明的另一实施例的喷头剖面图。
主要组件符号说明 100反应腔体 104出气口 108晶片 112射频能量 120风扇
102制程气体入口 106晶片吸盘 110射频窗 124射频能量源 130多层射频窗132外层134内层
136中间层138电热偶
140经结合的多层射频窗142内层
144外层146中间层
150经结合的多层射频窗152外层
154内层156中间层
158电热偶160通道/沟槽
170经结合的多层射频窗172内层
174外层176中间层
178气体分布导管180气体注入孔
190经结合的多层射频窗200陶瓷喷头
202陶瓷背板204气体住入口
206方位角气体分布通道208喷头中心轴
210径向分布通道212边缘
214结合层216陶瓷前板
218气体孔
具体实施例方式
现在参考图式，图1为目前用于在硅晶片中集成电路制造典型制程的
习知射频等离子体腔体的简化剖面图。反应腔体100典型地包括一或多个 气体入口 102、出气口 104连接至真空抽气系统及晶片吸盘106用于支撑 欲处理晶片108。气体入口 102可为喷头形式，将制程气体分布在晶片吸 盘106对面的宽广区域。在一种射频等离子体反应腔体的型式中，射频窗 110设置于相对于晶片吸盘108处以传递由射频能量源114产生的射频能 量112(典型地在低百万赫兹操作)以处理在反应腔体100中的制程气体。 在一典型配置中，射频窗110可从反应腔体100外冷却。例如，风扇120 循环空气越过射频窗110的背面。射频源114可为感应线圈天线其可由射 频能量供应驱动且位于邻近射频窗110。线圈天线可在射频窗110背面为 螺旋缠绕中心轴的一或多个螺线管线圏，已知为应用材料的IPS蚀刻腔体，薄饼状线圏于射频窗110背面为平面螺旋配置，已知为莱研究公司(Lam Research)的TCP蚀刻腔体，或二维线圈螺旋缠绕半球形窗，已知为在加 州圣塔拉拉的应用材料的DPS蚀刻腔体，或更复杂通常为平面螺旋形状， 已知为用材料的DPS II蚀刻腔体。其它线圈结构为可能。例如，感应线圏 可包覆边墙。其它射频源为可能且可包括微波源具有面对射频窗的波形输 出。在典型结构中，射频能量经射频窗110耦合至腔体100，以将制程气 体激发成反应性等离子体来处理晶片108或其它理由。然而，反应性等离 子体亦会与射频窗互相影响并可能会劣化其效果。
反应腔体100、制程气体入口 102、出气口 104、晶片吸盘106、射频 能量源114及射频窗110为在该技术领域中已知。多种介电材料，例如石 英或陶瓷，例如，已用于射频窗100;每一材料直至此通常使用者表现显 著缺点。例如，虽然某些陶瓷具有可接受的热性质，但这些材料通常易因 腔体100中的化学反应造成损害，并因此引入粒子或其它污染物至腔体 100。虽然石英所具有的多种制程保证性更能承受暴露于腔体100中的等 离子体，但他们通常存在不适于大尺寸射频窗的机械强度。如果窗厚度增 加以产生所需机械强度，经由该窗的热传导可相对地降低，造成窗的内表 面变得够热以显著地影响等离子体制程。如的前所提及，石榴石和钇铝石 榴石(YAG)具有优异蚀刻耐受度但不能用于大真空墙，尤其是平面墙的成 分，因为它们相较于基底为八1203的陶瓷结构强度低且制造成本高。
图2为经结合的多层射频窗130的一实施例的剖面图。多层射频窗为 有益的 一理由为撷取适合腔体的内与外两者的材料优点，同时避免需要在 腔体内与外需要不同材料性质的竟争中作妥协。在例示实施例中，射频窗
130可通常包括介电材料外层132面对周遭或腔体外部、不同介电材料的 内层134面对含有用以处理晶片的等离子体的腔体内侧、及结合材料的中 间层136设置于外层132与内层134间。在一方法中，内与外层132、 134 在组装及结合前为整体且相对彼此为独立存在。亦即，层132、 134两者 都不是在另一者上沉积为成长层。
外层132,当暴露于射频能量源时(例如图1的射频能量源114)，允许 射频能量由其传递。系统可包括风扇120循环空气越过外层132以冷却它。在许多实施例中，外层132可对窗130的厚度占最大部分，且因为其厚度 可提供热阻抗的最大成分以及提供窗130结构强度的最大部分。因此，除 了所需介电性质，热及结构性质为选择外层132所用材料的重要因素。
例如， 一些陶资相较于其它通常用于射频窗的介电材料具有优异热传 导性特征及机械强度。通过陶覺为指除了金及金属合金以外的无机材料， 亦即通过高温制程形成。陶瓷可为烧结材料或玻璃。陶瓷包括铝土、石英、 石榴石、YAG及氮化硅，以块状材料组件形成而非薄膜。许多(但非所有) 陶瓷的特征为金属氧化物，其它为金属氮化物。
外部介电材料可选则择使得外层132有效地传递可接受量的射频能 量，且有相对小吸收和衰减，提供有效热传导以冷却内层134(如下所述) 且提供足够机械强度以承受反应腔体内部真空所产生的力。多种陶瓷通常 具有此种热传递能力及机械强度。因此，陶乾相较于其它介电材料可更可 靠且较适合于外层132，特别是用于具有大尺寸射频窗，例如大直径。氮 化铝可用于外层132。
内介电材料的内层134需能传递射频能量及热扩散。此外，内层134 暴露于等离子体反应腔体100内部等离子体。如果内层134维持相对于外 层132为薄，其介电常数、射频吸收、热扩散性较其对等离子体蚀刻及制 程化学效应的耐受度为较不重要。因此，为内层134选择的介电材料通常 不同于外层132的选择。可使用石英或陶瓷介电物，此等已充分证明适用 于半导体制程。不同型石英可用于外与内层132、 134。较重要地是，内层 134应该耐受腔体内发生的化学反应。熟习该项技术者应可了解内层134 材料的选择可为在反应腔体中使用特定制程化学的函数。
举例而言，许多种石英可以抵抗等离子体反应腔体的环境且在搡作间 仅引入极少或没有污染物至腔体。举其它例子，钇铝石榴石(YAG)为陶资 材料可从铝及钇氧化物不同比例混合物产生，可有利地用于面对制程等离 子体。YAG及其它相关材料在某些制程中有利地产生微粒的或污染物的化 学。同样的，氮化硅在遭遇腔体内等离子体时可适当地承受恶化。铝土亦 已用于面对等离子体的部件，但其更典型为用于外层。
然而，外层134的材料不限于陶瓷。具有足够蚀刻耐受度的塑料或聚合物可黏着于外层132的内部。
然而许多具制程可靠性的材料(例如前文所述者)可能会经历因射频能 量传递或部分吸收的温度增加，并因而可在特定制程期间变得够热而影响 等离子体制程区域内的温度。亦可能等离子体加热窗至高于制程化学所需 的温度。许多等离子体制程需要等离子体腔体墙的温度控制于所需范围。
在图2的实施例中，因此，其需要从内层134传导热使得窗130内表面的 温度不影响反应腔体内的制程。
然而，当两硬材料(例如陶瓷和石英作为例示结合)表面夹在一起，少 于2。/。的个别表面为实际接触。在分子层次，如此小比例的表面积接触产 生在两表面间传导热传递的困难。然而，当相同的两表面使用习知技术结 合一起时，便可显著增加有效接触表面，以使得接触高至个别表面的95%。 因此结合两表面时，便可通过结合材料所增加的表面接触来促进从一表面 至另一表面的热传导。
陶资的例子
铝土或石英为外层132的较佳材料且石榴石或较少含量YAG为外层 材料134的较佳材料。然而，本发明并不限于这些材料。铝土及石英的适 当强度在适当厚度于合理价格可得。高蚀刻耐受度的石榴石及YAG为可得 但其厚度应该最小化以降低成本。
如图2所绘示，经结合的多层射频窗130可包括结合材料的中间层136 设置于外与内层132、 134间。如上所述，结合材料提供外层132与内层 134实质上整个表面区域的接触。通过中间层136产生的宽广表面区域接 触，可促进从内层134至外层132的热传导性。由腔体内化学反应及由窗 130传递射频能量及所造成部分能量吸收所产生的热可由内层134传递至 外层132离开，且外层132在晶片制造制程期间可由风扇120冷却。
用于中间层136的结合材料应该也允许射频能量传递。可使用一些不 同型结合材料。例子包括黏着剂及融熔玻璃层。
私着剂成分例子可包括聚醯亚胺或铁弗龙@(疏水性氟化碳化合物)、多 种真空认证环氧化物、压力敏感黏着剂(PSA)。室温硫化(RTV)硅氧烷亦可接受为结合材料。黏着结合的多种方法为在技术领域中已知，且最有效结 合技术主要取决于欲结合的材料种类的功用以及所选的结合材料。
应可了解的是，结合材料的主要目的为增加外层与内层间的接触面积。
内层与外层材料具有所需接触性质，以及其它性质，综合(comprehensive)
结合层的需求可降低或消除。
融熔玻璃结合涉及大致为粉末的前驱物夹于已经形成且独立存在内与 外陶资组件，例如，已烧结铝土或石榴石。粉末可悬浮于塑料或纤维素结 合剂且可流动混合物可刷至陶瓷组件的一或两者上。两组件接着组合且小 压力施加于组件上。组件移至火炉且加热至玻璃熔化温度，其使粉末前驱 物熔化以形成融熔可流动3皮璃<旦{氐于两陶瓷组件熔点。此温度4妄着以控制 冷却方式降低、但快的足以使融熔玻璃在室温以及典型等离子体反应器操 作温度下维持在玻璃态形式。玻璃受湿性大致较陶瓷为佳，且因此在两陶 瓷层间可形成良好融熔键结延伸至整个表面。
融溶3皮璃例子
为供比较，铝土、石英及石榴石的熔点分别为204CTC、 172CTC及 194CTC 。融熔玻璃应该具有实质上低于邻接石英材料熔点的玻璃形成温 度。在不同材料间的热膨胀系数应该尽量维持相同。融熔玻璃典型地由不 同金属氧化物粉末以所需成分比例混合且将粉末混合物置于两已经形成内 与外层间而形成。如果需要，挥发性结合剂可维持粉末在一起。当加热玻 璃熔接组件时，组件可加压而在一起。融熔结合提供横越整个界面的紧密 键结，且因此促进热扩散。
虽然本发明不限于此，但以下三种融熔玻璃粉末混合物可提供极佳保 证，特别是用于铝土与石榴石的玻璃融熔结合者(1) Al203-Si02-CaO; (2) Al203 - Y203 - Si02; 及(3) Al203 - Si02 - CaO。通常而言，铅与镁 在半导体应用中应避免。
电热偶或其它温度测量装置可用于侦测在窗130 —或多个位置的温 度。在图2的实施例中，电热偶138嵌入外层132且可用于连续或不连续 时间间隔的温度侦测。通过使用适当回馈循环与电路，使用风扇120或其它冷却装置的冷却系统可提供窗130的动态热控制。当温度冷却为经由电
热偶138控制时，窗的所有层使用具有足够高热传导性的材料将可控制窗
内表面的温度而无不当的温度波动。
应可了解电热偶138的位置仅为举例而说明，但非用以限制本发明。使用多于一个的电热偶，例如，或改变温度测量装置环向或径向位置亦在本发明范围与意图内。例如在一实施例中， 一或多个温度侦测装置可直接测量内层134及中间层136温度以及外层132，如图2所示。
熟习该项技术者会了解图2中每一层132、 134、 136的相对厚度仅为例示而非用以限制本发明。如上面简要提及，外层132可提供窗130主要结构强度且相对于内层134可为相对较厚。在一实施例中，例如，外层132可为陶瓷材料具有厚度大约为3/4"(19公厘)，且内层134可为等离子体耐受多种石英具有厚度1/4"(6.4公厘)。在此实施例中，结合材料的中间层136可具有约2至10公厘厚度，根据例如所用结合材料类型及结合方法而定。
图3为形状为半圓形的经结合多层射频窗的另一实施例简化剖面图，例如，两尺寸半圓形对称于中心轴其缠绕感应射频天线线圈。在图3的实施例中，射频窗140可大致包括介电材料外层142、介电材料内层144及结合材料中间层146设置于内与外层142、 144间。层142、 144、 146可全部具有相同曲线半圆形形状。
类似于前述参考图2讨论的实施例，外层142当暴露于射频能量来源允许射频能量112由其传递。可包括风扇120循环空气越过外层142的暴露侧以冷却它及窗140的其它部分。如前所述，外层142可为够厚以提供热散逸以及提供窗140结构强度的最大部分。因此，外层142可由陶瓷材料构成，如前所述，传递可接受比例射频能量用于特定应用且提供适当程度的热传导性及机械强度。
内层144(其亦允许射频能量传递)暴露于等离子体反应腔体100内部等离子体。因此，需要选择具制程可靠性的内层144介电材料，亦即，内层144应可耐受腔体内发生等离子体及化学反应。可使用石英或陶瓷介电物(例如YAG材料或氮化硅，举例而言)，如前所讨论。
如图2的实施例，结合材料(其可为聚醯亚胺、铁弗龙聚合物、PSA、RTV硅氧烷或真空认证环氧化物，举例而言)的中间层146设置于外与内 层142、 144间。结合材料提供外层142与内层144实质上整个表面区域 接触，促进从内层144至外层142的热传导性。
虽然在图3中未绘示， 一或多个电热偶或其它温度测量装置可使用于 测量窗140—或多个位置温度，使得冷却系统可提供窗140的精确热控制。
鉴于图2中的窗130可为实质上平面，图3绘示的窗140具有实质上 预设曲度。窗140曲度可用于聚焦射频能量至所需位置或呈现更均匀等离 子体源区域当窗140的经结合结构促进内层144的有效冷却。
熟习该项技术者会了解厚度及窗的厚度仅为例式绘示，而非限制方式。 每一层142、 144、 146曲度的不同半径及相对厚度可根据应用而使用。
图4为使用冷却导管的经结合的多层射频窗的一实施例简化剖面图。 外层152、内层154及中间层156大致对应于上述层132、 134及层136。 在第2及4图实施例间的一不同点为图4实施例中有额外的冷却导管158。 如水的冷却剂可循环通过冷却导管158已增加从内层154热传导的有效性 及速率。
如图4所述，冷却导管158可通过提供相对应空隙158在结合材料中 而在中间层156中产生。虽然此等空隙158可降低在外与内层152、 154 间表面积接触比例，但冷却剂通过冷却导管158循环可增加窗150整体冷 却速率，且特別是内层154。在制造冷却导管158的一方法中，以水平数 组配置的中间层156材料块系结合至外层152，且具有数个水平延伸空隙 158或数个分开此等块的横向间隙。内层152可接着结合至中间层156的 块支撑空隙158。长型块可配置于线型数组且通道主要延伸于一方向，或 较短或方形块可配置在两方向列且连接在两方向延伸通道。此外或可替换 地，冷却导管158可在层152、 154、 156组装前，通过形成通道或沟槽 160在外层152、或沟槽162在内层154、或两沟槽组160、 162在它们 与中间层156的接口处等方式形成。沟槽160、 162可或可不与中间层中 空隙158对准。
当将通道、沟槽或其它特征(例如图4中结合材料中的空隙158)用作冷 却导管时，液态冷却剂供应可在压力下以预定或动态调整流速的方式进行循环。在此实施例中， 一或多种如电热偶138的温度侦测器使得具有在窗
150所需位置温度测量的冷却系统变为可能。控制循环响应此等温度测量可根据窗150的温度测量调节冷却剂流速。除了冷却剂流经冷却导管158,射频窗冷却系统亦可使用风扇120以循环空气越过外层152的暴露表面，如前所述者。
熟习该项技术者可了解冷却导管158的数目与配置可影响冷却过程。冷却导管158的特定结构提供最佳化冷却为根据层152、 154、 156的材料选择及高度相关于使用何种腔体。
图5为使用气体分布导管及气体注入孔形成喷头的经结合的多层射频窗170的一实施例的简化剖面图。外层172、内层174及中间层176大致对应于上述层132、 134及136 ;然而，在图2及5实施例间的一不同点在于图5实施例中有加入的气体分布导管178形成于中间层176中及气体注入孔180形成于内层174中且连结至少一些气体分布导管178至制程腔体100内部。气体分布导管178主要水平延伸以供应气体至气体注入孔180,其主要为垂直延伸以连接气体分布导管178至制程腔体100内部。一或多个穿过外层172形成的通孔可用于供应制程气体至互连气体分布导管178。气体分布导管178可类似上述参考图4液体冷却导管158的构建。制程气体可通过气体分布导管178循环以通过在内层174对准气体分布导管178的气体注入孔180注入等离子体反应腔体。
如图5所述，气体分布导管178通过导入空隙178在结合材料的中间层176中的方式形成于中间层176中。此外或可替换地，气体分布导管178可通过在内层174中形成通道或沟槽182在与中间层接口对准沟槽182产生。沟槽160、 162可或可不与中间层中空隙158对准。气体注入孔180与气体分布导管结合可以所需样式配置在内层174以达到在反应腔体的制程区域所需气体分布。
于操作中，窗170可作为气体分布喷头。制程气体可在压力下，在预定或动态调整流速，通过气体分布导管178分布以透过气体注入孔180引入反应腔体。
如先前所述的实施例，如电热偶138的温度侦测器可在窗170所需位置提供冷却系统温度测量。响应此温度测量的控制电路(未图标)则可调整风扇120操作，以循环空气横越外层172,如前所述者。
图6在等离子体腔体中使用经结合多层射频窗190的系统的简化剖面图。反应腔体100大致包括制程气体入口 102、制程出气口 10及台座106具有晶片吸盘用于支撑及夹持欲处理晶片108。射频窗190密封腔体100且由射频能量源114产生的射频能量可经窗190传递至反应腔体100中的
制程气体。
窗190可大致对应于前面详述的本发明经结合多层射频窗。在图6的实施例中，窗190可类似于图2至4的实施例。应了解如果窗190使用气体分布导管及气体注入孔，如图5所描述者，则制程气体注入孔可不需要。或者，制程气体注入孔可使用于补充经窗190引入制程腔体的制程气体，甚至当图5的实施例已用于窗190。
根据本发明 一实施例的陶瓷喷头200描述于图7的剖面图中。例如铝土的石英背板202为机械加工以形成气体入孔204在其背面。多个，例如三个，环状方位角分布通道206为机械加工至背板202前面以对喷头中心轴208为环状对称。多个径向分布通道210为机械加工越过个别直径或半径以连接方位角分布通道206及气体注入孔204。背板202剩余部分为剩余平面包括边缘212在最外侧方向角分布通道外侧且密封制程气体于窗200内。
玻璃前驱物及结合剂的薄结合层214刷于例如石榴石的石英前板216上，及背板202降低在结合层214上覆盖前板216上。图中没有清楚显示主要为背板202下方接触结合层214。组件接着移至火炉且加热以转变玻璃前驱物为融熔玻璃形成结合层214。结合层214在加热前与分布通道206、 210相比为够薄，少于1公厘，结合层214甚至在其融熔态时不填满分布通道206、 210虽然有在底不边缘有一些圓状。
熔接组件根据用于玻璃的标准方法冷却。接着，气体孔218钻过前板216及玻璃态结合层214以连接径向分布通道210或替换地连接方向角分布通道206。
所得石英喷头200完全由介电材料组成，使得喷头200亦可作为位在被板202背面的射频线圏的射频窗。然而，石英喷头700可不需射频线圏而使用，例如当制程气体(或许在激发态)不应接触金属表面时。再者，陶覺层202、 216两者可由相同陶瓷材料组成，特别是如果内层216的蚀刻耐受性不是关键要求时。
通过省去前述形成喷头的机械加工步骤，同样的组装及退火过程可用于未图案化射频窗。
经液体冷却的射频窗可类似地制造，即通过设置两孔204用于供应及排出冷却液体，及形成数个分布通道如一或多个连接至供应及排出孔的回
旋状通道。经液体冷却的射频窗中则未设气体孔218。
或者，石英背板202可构成含有用于气体的分布通道及用于液态冷却剂的分离通道，其连接至用于两不同型通道的分离的供应及排出孔。气体分布与冷却剂通道两者可建构如在石英背板202底部的通道及可使用结合层214及喷头板216的组合让彼此隔离。
通过增加第三石英板在基底背板202及结合层204间可达到在制造这些通道于基底石英背板202的额外弹性。第三石英板将以第二结合层贴附到基础背板，其密封冷却剂通道的底部。第三石英板可含有用于制程气体传递的小径及气体分布通道，其可连接至气体孔218。
由前文中，应知本发明可将射频窗内侧因暴露于反应腔体内的等离子体所得的热量有效且一致地分散。再者，本发明不限制于射频窗但可有利地应用于等离子体制程腔体的真空墙。
在此揭露的实施例已通过例示方式描述及绘示，且非限制性；熟习该项技术者可了解可进行多种变化而不偏离本发明的精神与范围。
权利要求
1.一种用于一等离子体反应腔体的多层射频窗，该射频窗至少包含一第一介电材料的一外层；一第二介电材料的一内层；以及一结合材料的一中间层，配置于该外层与该内层间；其中上述的内层通过该中间层与该外层结合。
2. 如权利要求1所述的多层射频窗，其中上述的该外层具有高于该内 层的一机械强度。
3. 如权利要求1所述的多层射频窗，其中上述的第一与第二介电材料 分别包含陶瓷。
4. 如权利要求3所述的多层射频窗，其中上述的第二介电材料包含石英。
5. 如权利要求1所述的多层射频窗，其中上述的第一介电材料为一第 一陶瓷且该第二介电材料为与该第一陶瓷不同的一第二陶瓷。
6. 如权利要求1所述的多层射频窗，其中上述的第一介电材料为铝土 且该第二介电材料为氧化钇与钇铝石榴石的其中 一者。
7. 如权利要求1所述的多层射频窗，进一步包含一冷却导管形成在邻 接层间的一界面处。
8. 如权利要求7所述的多层射频窗，进一步包含一冷却系统，响应该 射频窗的温度测量而控制 一 冷却剂流经该冷却导管。
9. 如权利要求7所述的多层射频窗，其中上述的冷却导管位于该外层与该中间层间的 一界面处。
10. 如权利要求7所述的多层射频窗，其中上述的冷却导管位于该内 层与该中间层间的一界面处。
11. 如权利要求1所述的多层射频窗，进一步包含数个在该中间层的 气体分送导管与数个在该内层的气体注入孔；该气体分送导管与该气体注 入孔配合传送一种或多种制程气体至该等离子体反应腔体。
12. 如权利要求1所述的多层射频窗，其中上述的结合材料为选自聚 醯亚胺、铁弗龙聚合物、环氧化物、压力敏感黏着剂及RTV硅氧烷组成的 组群。
13. 如权利要求1所述的多层射频窗，其中上述的结合材料为氧化物玻璃。
14. 一种制造用于耦合射频能量至一等离子体反应腔体的射频窗的方 法，该方法至少包含提供一第一介电材料的一独立存在的第一层；提供一第二介电材料的一独立存在的第二层，该第二介电材料不同于 该第一材料；以及以 一 结合材料结合该第一层至该第二层。
15. 如权利要求14所述的方法，其中上述的结合材料为一黏着剂。
16. 如权利要求14所述的方法，其中上述的结合材料为一陶瓷材料。
17. 如权利要求14所述的方法，其中上述的第一与第二介电材料为氧化物陶瓷，且该结合材料为一氧化物玻璃，其玻璃形成温度低于该第一与 第二介电材料的融化温度，而该结合步骤包含组合该第一与第二层于一组 件中且该结合材料配置于其间，以及加热该组件至高于玻璃形成温度且低 于该两者融化温度的 一温度。
18. 如权利要求14所述的方法，其中上述的第一介电材料包含铝土， 该第二介电材料为选自氧化钇与钇铝石榴石的其中 一者，且该结合材料包 括一氧化物玻璃，其玻璃形成温度低于该铝土与选自氧化钇与钇铝石榴石 的其中一者的融化温度。
19. 如权利要求14所述的方法，其中上述的氧化物玻璃形成自选自成 分粉末组的一粉末，该成分粉末组选自(1) Al203-Si02-CaO; (2) Al203 - Y203 - Si02; (3) Al203 - Si02 - CaO;及其混合物形成的组群。
20. —种等离子体制程系统，其至少包含 一等离子体反应腔体；以及 该等离子体反应腔体的一多层介电墙，其包含 一第一介电材料的一外层；一第二介电材料的一内层，面对该等离子体反应腔体的一内部；以及 一结合材料的一中间层，结合该内层至该外层。
21. 如权利要求20所述的系统，其中上述的外层具有高于该内层的一 机械强度。
22. 如权利要求20所述的系统，其中上述的内层相较于该外层对在等 离子体反应腔体内的等离子体制程条件为较能耐受。
23. 如权利要求20所述的系统，其中上述的第一与第二介电材料分别 为陶瓷。
24. 如权利要求20所述的系统，其中上述的介电墙形成一射频窗用于 配置于等离子体反应外部邻近介电墙的一射频源。
25. 如权利要求24所述的系统，其中上述的射频窗包括冷却导管。
26. 如权利要求20所述的系统，其中上述的介电墙包含数个气体分布通道，形成于该外层与该中间层间的一界面处；以及 数个气体注入孔，形成于该内层中，且其中上述的系统透过该气体分 布导管与该气体注入孔传送一种或多种制程气体至该等离子体反应腔体。
27. 如权利要求20所述的系统，其中上述的结合材料为选自聚醯亚 胺、铁弗龙(tm)、环氧化物、压力敏感黏着剂及RTV硅氧烷组成的组群。
28. —种用于一等离子体反应腔体的多层射频窗，该射频窗至少包含 一第一介电材料的一外层；以及一第二介电材料的一内层，其实质上在该外层与该内层的整个表面区 域接触该外层。
29. 如权利要求28所述的射频窗，进一步包含一结合材料的一中间层 配置于该外层与该内层间；其中上述的内层通过该中间层与该外层结合。
30. 如权利要求28所述的多层射频窗，其中上迷的第一介电材料为陶 瓷且该第二介电材料为石英。
31. 如权利要求28所述的多层射频窗，其中上述的第 一介电材料为陶瓷且该第二介电材料为陶瓷。
32. 如权利要求28所述的多层射频窗，进一步包含冷却导管于其中。
全文摘要
本发明提供一种经结合的多层射频窗(130)可包括具有所需热特性的介电材料的外层(132)、暴露于反应腔体(100)内等离子体的介电材料的内层(134)、及介于外层与内层间结合材料的中间层(136)。腔体内化学反应与通过窗传递的射频能量(112)产生的热可从内层传递至外层，其可在半导体晶片制程期间冷却。经结合的多层射频(150)窗可包括用于循环冷却剂以促进内层冷却的导管(158)；此外或可替换地，可包括气体分送导管(178)及气体注入孔(180)以运送一或多种制程气体至反应腔体。包括等离子体反应腔体的系统可使用本发明的经结合多层射频窗。
文档编号C23C16/00GK101495669SQ200680008548
公开日2009年7月29日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年9月29日
发明者J·P·霍兰, J·克林顿, M·S·巴尼斯, M·李, N·韩, P·利希, X·钱, Y·王 申请人:应用材料股份有限公司