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制作方法

专利名称：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制作方法
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
背景技术：
在基才反，例如半导体基板或i者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;故有选择 地去除(蚀刻)和沉积，以在其上形成电气部件。在基于Exelan 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4于的4黄向RF带以 及下部4妄地斗，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4牛) 的多个界面。在典型地用于枳3戒加工的部^f牛的情况下，4艮多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，/人而形成对RF电流的高阻玲元障石寻。
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不希望局限于理^仑，确信在某些情况下，该高阻抗可导 致才黄^争间隙产生高电压。如果该电压足够高，则可4黄2争该间隙产生 火花或电弧。在^f艮多情况下，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4立子，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4及、下部电4及、和环绕的限制环限定的区域)。当这些不期望的引发故障中的 一种发生时，等离子室据 称3夸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才及不期望出现的情况，并可 能会导致对室硬件部件、尤其是对静电卡盘的损坏。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
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才反的等离子处理室。该系统包4舌多个部 件，该多个部件中的至少两个部件i殳置为以一种匹配配置形式4皮此邻近，4吏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4舌介电防护结构，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。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4反的等离子处理室。该等离子处理系统包 ^舌多个部件，该部件中的至少一个具有沿在该处理过禾呈中的RF3各 径存在的尖4兌部件结构。该处理系统还包4舌介电防护结构，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。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力口至少 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。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i兌明。


[OOll]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，并且其中图1才艮据本发明的一个或多个实施方式，显示了i殳置于 等离子处理室外部区域内的介电盖和限制环的片黄截面示意图。
具体实施例方式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^皮实施。在其它情况下，未描述熟知的 处理步艰《和/或结构。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4牛的匹配表面之间的间隙沿RF电流^各径(例i口， 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。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。
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。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^反112和上部室结构114 (例如，其由铝形成) 之间。确4言，当RF电流沿室部4牛表层或表面传导时，间隙例 如间隙104可形成对RF电流的高阻抗障碍，导致一黄^争该间隙产生 电势差，并且，在某些情况下，导致由电弧表4正的^L电现象产生。护套102可由介电材并+形成(例如无4几绝纟彖体才才冲十)，并 防护该间隙不受相邻环绕气体空间影响。以此种方式，即佳:一黄^争间隙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。在一个实施方式中，护套102由石英形成，^f旦也可采用 其它合适的介电材料，例如夙土 (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4壬何与在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4可形状。护套102显示为具有支架132，当安装板112固定(例 如，螺一全固定)到上部室结构114时，支架132位于安装才反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4及110、安装—反112、和护套102的结 构紧固到上部室结构114，〗吏护套102位于安装纟反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4丁头)的暴露部分存在于护套102内，从而减小了污染谦发 (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4丁头)的出现。关4建在于， 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^皮安装于该室之内时，这些护套和盖本 身不导致电弧形成。如上所述，沿RF电流路径的尖锐部件结构(边纟彖或角) 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
ii电粒子的产生和/或不期望的等离子的引发。作为本文釆用的术语， 尖4兌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(ground bucket) 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才几制，因为在角150 处不存在间隙。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^彖体才才泮牛)形成的介电角-遮蔽盖(corner-draping cover)以 防护该尖4兌部件结构不受环绕气体空间影响。该角-遮蔽盖在图1 的示例中显示为角-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, 乂人而形成角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，^f旦也可采用 其它合适的介电材料，例如讽土 (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^牛制成。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，4妄地斗152的垂直侧边利用 盖162覆盖，盖162可例如由塑坤牛材冲牛形成，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l所示交叠，以一是供对RF作用角和 /或4妄i也斗152的RF作用表面的完全遮盖。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。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。4旦不希望局限于理i仑，确信，例如，即4吏该瞬 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4吏该限制环组令人满意;也限制等离子。通过经,验i也确定 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。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"i殳计为
S<DL(WC) 方程1.
在方程1中，DL(wc)表示等离子的最差情况德拜长度 (worst case Debye length ),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， 命J ^口包^舌 Introduction to Plasma Physics , Goldston & Rutherford(1997)， Institute of Physics Publishing, Philadelphia, PA，其 合并入此处作为参考。通过经^验或理i仑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 S寻其用于方#呈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4呆持区 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，乂人而负面地影响基^反处理。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/人等离子处理室满意地排出副产 品气体的要求。可由此相应i也配置限制环的#:量。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^牛的表面、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4立子进入环绕该 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^皮更好;也纟空制。
应当注意到，可在给定的等离子处理室内采用上述技术 (即，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4壬4可组合。另外，尽管i兌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。另夕卜，应当注意，尽管本发明通过ExelanTM 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、樣i波室等。尽管本发明已通过多个实施方式进行了描述，4旦可具有 落入本发明范围内的变形、置换、和等同方式。例如，尽管图l讨 -沦了用于遮蔽间隙和角的介电盖，4旦也可采用其它手,殳，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i兌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，所述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，使得在所述两个部件之间存有间隙，所述间隙沿在所述处理过程中的RF电流路径存在；以及介电防护结构，其配置为在所述处理过程中，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。
2. 根据权利要求1所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构设置为覆盖所述间隙的所述至少部分，而未将紧固件部分暴 露于所述环绕的气体空间。
3. 根据权利要求1所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构是多片的防护结构。
4. 根据权利要求1所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构是单片的防护结构。
5. 根据权利要求1所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构由包括无机绝缘体材料、不导电绝缘体材料、石英、矾土材 料、和氮化硅材料中至少一种的材料形成。
6. 根据权利要求1所迷的等离子处理系统，其中所述两个部 件中的一个表示电极。
7. —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4舌多个部4牛，所述部4牛中的至少一个具有沿在所述处理过禾呈中的 RF^各径存在的尖锐部件结构；以及介电防护结构，其配置为在所述处理过程中，防护所述尖锐部 件结构中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。
8. 才艮据权利要求7所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构i殳置为遮盖所述尖4兌部件结构，乂人而至少部分地防护所述尖 锐部件结构不受所述环绕气体空间影响。
9. 根据权利要求7所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构设置为覆盖所述尖锐部件结构的所述至少部分，而未将紧固 件部分暴露于所述环绕的气体空间。
10. 4艮据4又利要求7所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构是多片的防护结构。
11. 根据权利要求7所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构是单片的防护结构。
12、 根据权利要求7所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构由不导电材料形成。
13、 根据权利要求7所述的等离子处理系统，其中所述介电防 护结构由包括无机绝缘体材料、不导电绝缘体材料、石英、矾土材 料、和氮化硅材料中至少一种的材料形成。
14. 才艮据^又利要求7所述的等离子处理系统，其中所述两个部 件中的一个表示电极。
15. —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4舌卡盘；多个限制环，所述多个限制环设置成任一对相邻限制环之间的 间隙小于所述处理过程中在所述等离子处理室内产生的等离子的 最坏情况德拜长度。
16、 根据权利要求15所述的等离子处理系统，其中所述最坏 情况德拜长度根据经验确定。
17. —种用于配置用于处理基^反的等离子处理室的方法，所述 等离子处理室内具有多个限制环，该方法包^":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；以及执行调整所述多个限制环中个别 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^呆任何一对相邻限制环之间 的间隙小于所述最坏情况德拜长度。
18. 4艮据权利要求17所述的方法，其中所述最坏情况德拜长 度根据经验确定。
19. 才艮据4又利要求17所述的方法，其中所述才丸行表示所述调 整所述间隙以及所述增加所述至少 一个附加限制环。
20、 根据权利要求17所述的方法，其中所述执行仅表示所述 调整所述间隙。
21、 根据权利要求17所述的方法，其中所述执行仅表示所述 增加所述至少 一个附加限制环。
全文摘要
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。
文档编号C23F1/00GK101646806SQ200780021251
公开日2010年2月10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