专利名称：用于选择性预涂等离子处理室的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及基片制造技术，特别涉及用于选择性
预涂等离子处理室的方法和装置。
背景技术：
在基片(如半导体基片或诸如用于平板面板制造的玻璃 板)的处理过程中，经常使用等离子。作为等离子室内基片处理的 一部分，例如，该基片被分为多个模片(dies),或矩形区域，其中 每个将变为一个集成电路。接着该基片进行一系列步骤的处理，其 间材料^皮选择性除去(蚀刻)和沉积(沉积)，以^更在其上形成电 气元件。为了最优化该等离子工艺，在该等离子室内的多个表面 进一步i殳置4元等离子才才泮牛(plasma resistant materials )(长口石圭、碳4b 硅、氮化硅、石英等)，其有助于使表面磨损最小而没有大幅度增 加可能进而影响该基片的污染物。然而，连续暴露在该等离子鞘层 (sheath)中往往会蚀刻掉并且最终去除该保护材料，经常产生表 面粒子污染物并因此降低基片成品率。通常，该等离子鞘层往往会4吏来自该等离子边^彖的带电 粒子(如离子等)加速而激发该等离子室内的表面。最终，该处理 室表面可能被腐蚀并因此需要被替换以确保该等离子处理的长期 稳定。因此，在该基片制造工艺中，取决于该生成所述等离子的所
用的化学制剂、工艺压力和能量，可能加入大量的运行成本和检修 4f工时间。鉴于前述，需要用于选4奪性预涂等离子处理室的方法和装置。
发明内容
在一个实施例中，本发明涉及一种用于选择性预涂包含 室壁的等离子处理室的装置。该装置包含第一RF电极组，该第一RF 电极组配置为激发(strike)第一预涂等离子，该第一RF电极组限 定第 一等离子室区域。该装置还包含围绕该第一RF电极组设置的第 一限制环组；以及i殳置在该第一限制环组和该室壁之间的第二限制 环组。该装置进一步包含气体传输系统，该系统配置为当传输第一 预涂气体且施加能量于该第一RF电4及组时将第 一预涂层应用到该 第一等离子区域。在一个实施例中，本发明涉及一种用于选择性预涂包含 室壁的等离子处理室的装置。该装置包含第一RF电极组，该第一RF 电才及组配置为激发第一预涂等离子，该第一RF电才及组限定第一等离 子室区域。该装置还包含第二RF电极组，该第二RF电极组配置为 激发第二预涂等离子，该第二RF电极组限定第二等离子室区域。该 装置进一步包含i殳置在该第一RF电4及组和该第二RF电纟及组之间的 第 一限制环组，以及i殳置在该第二RF电极组和该室壁之间的第二限 制环组。该装置还包含气体传输系统，该系统配置为当传输该第一 预涂气体且施加能量于该第一RF电才及组时预涂该第 一等离子区i或， 该气体传输系统进一步配置为当传输该第二预涂气体且施加能量 于该第二 RF电组时预涂该第二等离子区域。在一个实施例中，本发明涉及一种用于选^H"生预涂包含 室壁的等离子处理室的方法。该方法包4舌配置第一RF电才及组以5敫发 第一予贞》余等离子，该第一RF电才及组限定第一等离子室区Jt或。该方法 还包括围绕该第一RF电极组配置第 一 限制环组；以及在该第 一 限制 环组和该室壁之间配置第二限制环组。该装置进一步包含配置气体 传丰餘系统以当传输第 一预涂气体且该施加能量于第一RF电才及组时 将第 一预涂层应用至该第一等离子区域。结合相关附图，本发明的这些及其他特征将在下面本发 明的具体说明部分进行详细描述。
本发明结合相应附图作为举例而非限定进行说明，以及 其中类似的参考标号是指相似的结构元件，其中图1显示依据本发明的 一个实施例，具有双限制环组的差 动等离子处理室的简图；图2显示依据本发明的 一个实施例，差动等离子处理室的 筒图，其中位于ICP线圏下方的区域^皮,友氢化合物预涂；图3显示依据本发明的一个实施例，图2的差动等离子处 理室的简图，其中喷头被含硅材料预涂；图4显示依据本发明的一个实施例，图3的差动等离子处 理室的简图，其中基片被蚀刻；以及图5显示依据本发明的一个实施例，选择性预涂包含室壁 的等离子处理室的 一组简化步骤。
具体实施例方式关于一些优选实施例并结合附图，现在将对本发明进行 详细描述。为了清楚理解本发明，在后续描述中提出了许多具体细 节。然而，本领域技术人员应当知道，缺少上述具体细节的某些或 全部，本发明也可以实施。在有的情况下，为了不对本发明造成不 必要的费解，已知的工艺步骤和/或结构没有详细详述。
然而，不希望^皮理:论所限制，此处本发明人相4言通过首先对一 组表面基本上隔离，然后用最佳预涂材料进行选择性预涂的方式， 可以减少等离子表面损伤以及等离子室内的污染物。通常，最佳预 涂材料包含当暴露于等离子时通常变得易挥发的材料(如硅、无定 形硅、氮化硅、二氧化石圭、 >碳化硅、碳氢化合物气体、C4F6、 C4F8、 CH3F等)。在一个实施例中，在连续基片的等离子处理之间可以加 入预、凃。在一个实施例中，在每一个区块(region)或区域(zone) 的预沉积层的厚度应当足以 K受随后的至少一个基片的蚀刻。在一 个实施例中，在每一个区块或区域内的预沉积层的厚度应当足以承 受随后的几个基片的蚀刻，例如当处理基片卡匣(cassette)时。在 一个实施例中，多个预沉积层沉积在一个区块或区域中。在一个实 施例中，完成一个蚀刻循环后，可在干洗步骤中除去所有预涂层以 <更可以重新开始预涂。例如，电容耦合源的上接地电极可已经配置为具有珪保 护层，该层遮护下面的4妄;也表面(如单晶石圭或铝等)免受该等离子处 理损害。因此，在蚀刻该基片之前，用与硅保护层(如硅、无定形 硅、碳化硅、氮化硅等)相容的材料预涂该接地电极将大大减少污染 以及延长该上接地电极的使用寿命。在另 一个例子中，电感耦合源的下接地电4及可已经配置 为具有石英保护层，遮护下面的接地表面(如铝等)免受该等离子
处理损害。因此，在蚀刻该基片之前，用与石英相容的材料(如碳 氢化合物等)预涂该石英保护层将大大减少污染以及延长该石英保 护层的4吏用寿命。在一个实施例中，该等离子室包含多个同轴限制环组， 每组具有不同的直径。通过升高或降低特定的限制环组，可以将适 当的预涂等离子隔离至该等离子室的特定区域。在一个实施例中，用于蚀刻该基片的等离子是差动 (differential)等离子。也就是说，用多个能量源维持的等离子。 例如，在介电蚀刻系统中，可以结合主要控制离子能量的电容耦合 等离子源以及主要控制等离子密度的电感耦合等离子源，以将基片 蚀刻为具有大体径向等离子均匀性和径向蚀刻均匀性。通常，该电容耦合等离子源可以配置为具有位于该基片 中心的上方和下方的电极板组(如通电电极、4妄地电极等)。通常， 该通电电才及也配置为静电卡盘(卡盘)，在等离子处理过程中，该 基片位于该卡盘上面。同样地，该接地电才及通常配置为喷头。电感耦合等离子源可配置为具有位于该基片边缘的上方 和下方的感应线圏组和4妻J4环。在一个实施例中，内部限制环组^f立 于该电容津禺合等离子和该电感專禺合等离子源之间，外部限制环可4立 于该电感耦合等离子源和等离子室壁之间。现在参考图1，显示了依据本发明一个实施例，具有双限 制环组的差动等离子处理室的简图。通常，为了维持该差动等离子， 电容耦合等离子(CCP)源配置为用以控制离子能量，电感耦合等 离子(ICP)源配置为用以控制等离子密度。典型的CCP源的构造一般由相隔一'J 、段距离的两个金属 电极组成，以大体上类似电路里的电容器的方式运作。第一通电电 极102通常配置为卡盘。另外，第二接地电极108通常配置为喷头组 件106的一部分，其通常也包含有孔的硅保护层，该有孔的硅保护 层允许来自气体分配系统(未示)的等离子气体通过而进入该等离 子室。而且，基片104通常利用边缘环120设置在卡盘/接地电极102 上。同样地，典型的ICP源的构造一4殳由感应线圈组112和"t妄 ;也环116《且成。该感应线圈组112通常配置为通过石英窗113发射RF 能量至该等离子气体，该石英窗113可提供对所产生的等离子(未 示)的防护屏。同样地，接地环116也配置有保护性石英层，且通 常位于基片102边缘的下方。石英对产生的RF波基本上透明。另夕卜， 通常耦合至该CCP源与该ICP源两者的是匹配网络(未示)，该匹配 网络试图将每一个RF发生器的阻抗与部分由该等离子形成负载的 阻抗匹配。另夕卜，内部限制环组118可位于该CCP源和该ICP源之间， 且可进一步按要求升高和降低以隔离和/或引导该等离子至该等离 子室的特定区i成。例如，当内部限制环组118位于上部且该CCP源和 /或该ICP源施加能量于一组等离子气体时，产生的等离子可朝向外 部限制环组114》从贯基片104延伸。相反，当内部限制环组118位于下部(未示)且该CCP源 施加能量于一组等离子气体是，该等离子可被限制在由该内部限制 环组的直径限定的区域。然而，当内部和外部限制环组118和114位于下部(未示)，
且该ICP源施加能量于一组等离子气体组时，该等离子可#1限制在
由该内部限制环组118和该外部限制环组114共同限定的区域(如环
形室等)。或者，当内部和外部限制环组118和114位于下部(未示) 且该CCP和该ICP源两者施加能量于一组等离子气体组时，第一等 离子可,皮限制在由该内部限制环组的直径限定的区域，且第二等离 子可被限制在由该内部限制环组118和该外部限制环组114共同限定
的区i或。通常，每一个限制环组配置为一系列围绕基片水平边缘 设置的石英环，且进一步设置在(一般通过使用凸轮环)沿纵轴在 该基片上方变化的距离。通常，每个限制环的厚度以及任何两个环 之间的间隙的尺寸配置为使该特定等离子工艺最优化和控制该等 离子内的压力。在一些构造中，该限制环有不同的直径和厚度。例 如，沿该^U由靠近基片处的限制环，其直径可小于远离该基片处的 限制环的直径。现在请参考图2，依据本发明的一个实施例，显示图l中 差动等离子处理室的简图，其中在ICP线圏下面的区域被预涂碳氢 化合物组或二氧化石圭。如前所述，该感应线圏组112和接「地环116通 常都一皮一组石英表面遮护以免受等离子损害。在一种有利的方式 中，在处理基片之前，这些石英表面的大部分可预涂碳氲化合物层 或者二氧化硅层，从而该碳氬化合物层或预沉积的二氧化硅层，而 非该下面的石英表面，在等离子处理期间会被蚀刻。在一个实施例 中，该碳氢化合物预涂层或二氧化硅层的厚度约为1.5nm。碳氢化合物通常是类特氟纶(Teflon)的材料，其以化学方 式表示为CJIyFz，其.中x是大于O的整数，y和z是大于或等于O的整数 (如CtF6、 C4F8、 CHsF等)。石英是石圭氧化物，以化学方式表示为
Si02。该类特氟纶或二氧化石圭的预涂层通过范德华力物理粘合到该 石英表面；在该涂层和该石英之间通常不需要发生化学反应。在一种预涂该石英表面的方法中，内部限制环组118和该 外部限制环组114均降^f氏，*接着-友氢化合物气体通过喷头106输入该 差动等离子室，且因此渗透进由内部限制环组118和外部限制环纟且 114限定的通道(channel )。在一个实施例中，该石灰氢化合物是氟化 碳氢化合物。接着对该感应线圏组112施力口能量，导致碳氢化合物 预涂层沉积在该石英表面。通常，覆盖或模型(dummy)基片124 放置在通电电极102上以便在该预涂工艺期间对其进行遮护。现在请参考图3，依据本发明的一个实施例，显示图2的 差动等离子处理室的简图，其中喷头用含硅材料预涂。如前所述， 喷头组件106利用有孔的硅保护层遮护接地电才及108，该有孔的硅保 护层允许来自气体分配系统(未示)的等离子气体通过而进入该等 离子室。在一个实施例中，该硅预涂层的厚度约为4.0pm。在有利的方式中，在处理基片之前，该喷头的大部分用 含硅材料(如硅、氮化硅、碳化硅等)预涂。在一个实施例中，该 含硅材料是无定形硅。 一般而言，无定形硅是通过放电由硅烷气体 沉积而成。通常，由于每一层的原子之间的相当4妄近的晶格匹配， 该沉积的无定形硅会^艮好地粘贴在下面的喷头的单晶硅上。在一种预涂该喷头的方法中，内部限制环组118和该外部 限制环组114都降低。接着含硅气体通过进入等离子室的喷头106输 入该差动等离子室。然后可施加能量于通电电才及102，导致石圭预涂 层沉积在该喷头表面。通常，覆盖或才莫型基片124被;改置在通电电 才及102上以《更在预》余工艺中乂十其进4亍遮护。现在参考图4，依据本发明的一个实施例，图3的差动等 离子处理室的简图，其中基片正^皮蚀刻。例如，在Lam Research 2300 Exelan Flex等离子处理系统中，常见的蚀刻制法可为2000W (27MHz ) /3000W ( 2MHz )， 300 sccm Ar、 20 sccm C4F8、 20 sccm 02， 45毫托。如前所述，该喷头106的大部分、石英窗113和接地环 IIO被预涂，从而在蚀刻过程中这些表面^皮保护起来。通常，内部 限制环组118可在升高的位置以便允许差动等离子124向外部限制 环114皇从贯基片104延伸。例如，基片可^皮蚀刻为双4裏嵌工艺的一部 分，在该工艺中，多个介电层由填充通孔的导电塞电连接。现在参考图5，依据本发明的实施例，显示选择性预涂包 含室壁的等离子处理室的一组简化步^^。开始，在502,第一RF电 极组配置为激发第一预涂等离子，该第一RF电极组限定第一等离子 室区域。接着在504，第一限制环组配置为围绕该第一RF电才及组。 然后在506,第二限制环纟且配置为介于该第一限制环纟且和该室壁之 间。在一个实施例中，第二RF电才及组也配置为介于该第 一限 制环组和该第二限制环组之间。在一个实施例中，该第二RF电才及组 配置为激发第二预涂等离子，该第二RF电极组限定第二等离子室区域。最后在步骤508,气体传输系统配置为当传输第一预涂气 体且施加能量于该第一RF电才及组时将第一预涂层应用至该第一等 离子区域。例如，该第一预涂气体可包括硅、无定形硅、氮化硅和 碳化硅之一。在一个实施例中，该气体传输系统配置为当传输第二 预涂气体且施加能量于该第二RF电才及组时将第二预涂层应用至该 第二等离子区域。例如，该第二预涂气体可包括碳氬化合物气体。在一个实施例中，该第一RF电4及组是电容I禺合，且该第 二RF电4及组是电感井禺合。在一个实施例中，该第一RF电才及组是电 感耦合，且该第二RF电才及组是电容耦合。在一个实施例中，该第一 RF电才及组和该第二RF电才及组都是电容耦合。在一个实施例中，该 第一RF电才及组和第二RF电才及组都是电感耦合。在一个实施例中， 该第一限制环组和该第二限制环组中的至少一个配置为可移动的。虽然本发明已经就一些优选实施例进行了描述，但仍存 在一些变化、置换及等同物，它们落入本发明的范围内。例如，尽 管本发明结合Lam Research Corp的等离子处理系统(如Exelan，、 ExelanTMHP、 ExelanTMHPT、 2300 Exelan Flex 、 Versys Star等) 进4亍描述，j旦也可l吏用其他等离子处理系统。本发明还可以用于不 同直径的基片(如200mm、 300mm等)。并且，也可以4吏用包含除 了氧气以外的气体的光刻胶等离子蚀刻剂。还应当注意还有很多 其他方式来实现本发明的方法。本发明的优点包括用于选冲奪性预涂等离子处理室的方法 和装置。其他优点包括保护该等离子室内的表面、使污染物最少、 简化制造工艺以及才是高基片成品率。上面已经7〉开了示范性实施例及最佳方式， <旦仍可^j"7〉 开的实施例进行修改和变化，而仍在如所附根据权利要求限定的本 发明的主题和主旨内。
权利要求
1. 一种用于选择性预涂包含室壁的等离子处理室的装置，包含第一RF电极组，所述第一RF电极组配置为激发第一预涂等离子，所述第一RF电极组限定第一等离子室区域；第一限制环组，其环绕所述第一RF电极组设置；第二限制环组，其设置在所述第一限制环组和所述室壁之间；和气体传输系统，其配置为当传输第一预涂气体且施加能量于所述第一RF电极组时将第一预涂层应用至所述第一等离子区域。
2. 根据权利要求1的装置，进一步包含第二RF电才及组，其i殳置在所述第一限制环组和所述第二 限制环组之间，所述第二RF电极组配置为激发第二预涂等离 子，所述第二RF电极组限定第二等离子室区域；其中所述气体传输系统进一步配置为当传输第二预涂气 体且施加能量于所述第二RF电才及组时将第二预涂层应用至所 述第二等离子区域。
3. 根据权利要求2的装置，其中所述第一 RF电极组是电容耦合 RF电才及ia和电感津禹合RF电才及《且之一。
4. 根据权利要求3的装置，其中所述电容耦合RF电极组包含通 电电纟及和4妄;l也电才及。
5. 根据权利要求4的装置，其中所述接地电极由含硅材料构成。
6. 才艮据权利要求5的装置，其中所述第二 RF电才及组是电容耦合 RF电才及组和电感寿馬合RF电才及纟且之一。
7. 根据权利要求6的装置，其中所述电容耦合RF电极组包含通 电电4及和4妄i也电才及。
8. 根据权利要求7的装置，其中所述接地电极由含硅材料构成。
9. 根据权利要求8的装置，其中所述电感耦合RF电极组被石英 屏障组遮护以免受所述第二预涂气体损害。
10. 根据权利要求9的装置，其中所述电感耦合RF组包含感应线 圈和4妄i也电才及。
11. ^T艮据^L利要求2的装置，其中所述第一限制环组和所述第二限 制环组至少 一个配置为可移动的。
12. 才艮据;K利要求11的装置，其中所述第一限制环组和所述第二 限制环纟且至少 一 个包含石英。
13. 根据权利要求12的装置，其中所述第一预涂气体形成硅、无 定形石圭、氮4b石圭、石友化石圭和Si02之一 。
14. 根据权利要求13的装置，其中所述第二预涂气体包含氟化碳 氬4匕合物气体、C4F6、 C4F8、 CH3F、 SiH4和02的至少一个。
15. —种用于选择性预涂包含室壁的等离子处理室的装置，包含第一RF电纟及组，所述第一RF电纟及组配置为激发第一预 涂等离子，所述第一RF电极组限定第一等离子室区域；第二RF电纟及组，所述第二RF电纟及组配置为激发第二预 涂等离子，所述第二RF电极组限定第二等离子室区域；第一限制环纟且，其i殳置在所述第一RF电才及纟且和所述第二 RF电4及《且之间；第二限制环组，其i殳置在所述第二RF电才及组和所述室壁 之间；和气体传输系统，其配置为当传输第一预涂气体且施加能 量于所述第一RF电极组时预涂所述第一等离子区域，所述气 体传输系统进一步被设置为当传输第二预涂气体且施加能量 于该所述RF电才及组时预涂所述第二等离子区域。
16. —种用于选择性预涂包含室壁的等离子处理室的方法，包括配置第一 RF电极组以激发第一预涂等离子，所述第一 RF电才及组限定第一等离子室区i或；配置第二 RF电^l组以激发第二预涂等离子，所述第二 RF电极组限定第二等离子室区域；将第一限制环组配置在所述第一 RF电4及组和所述第二 RF电4及^且之间；将第二限制环组配置在所述第二 RF电极组和所述室壁 之间；配置气体传IIT系统以当传输第二预涂气体且施加能量于 所述第一RF电极组时预涂所述第一等离子区域； 配置所述气体传输系统以当传输第二预涂气体且施加能量于所述第二RF电才及组时预涂所述第二等离子区域。
17. 根据权利要求16的方法，其中所述第一RF电极组是电容耦合 RF电才及ia禾口电感津禹合RF电才及症且之一。
18. 根据权利要求17的方法，其中所述电容耦合RF电极组包含 通电电纟及^^妄i也电才及。
19. 根据权利要求18的方法，其中所述接地电极由含硅材料构成。
20. 才艮据权利要求19的方法，其中所述电感津禺合RF电才及组4皮石 英屏障遮护以免受所述第二预涂气体损害。
21. 才艮据权利要求20的方法，其中所述电感耦合RF电极组包含 感应线圈和4妻i也电才及。
22. 根据权利要求21的方法，其中所述第二RF电极组是电容耦 合RF电4及组和电感井馬合RF电4及组之一。
23. 根据权利要求22的方法，其中所述电容耦合RF电极组包含 通电电纟及禾口4妄i也电才及。
24. 根据权利要求23的方法，其中所述接地电极由含硅材料构成。
25. 才艮据斥又利要求24的方法，其中所述电感井禺合RF电才及组一皮石 英屏障遮护以免受所述第二预涂气体损害。
26. 才艮据权利要求25的方法，其中所述电感耦合RF电极组包含 感应线圏和4妄i也电才及。
27. 才艮据权利要求16的方法，其中所述第一预涂气体形成硅、无 定形硅、氮化硅、碳化硅和Si02之一。
28. 根据权利要求16的方法，其中所述第二预涂气体包含氟化碳 氢4匕合物、C4F6、 C4F8、 CH3F、 SiH4和02的至少一个。
全文摘要
公开一种用于选择性预涂包含室壁的等离子处理室的装置。该装置包含第一RF电极组，该第一RF电极组配置为激发第一预涂等离子，该第一RF电极组限定第一等离子室区域。该装置还包含围绕该第一RF电极组设置的第一限制环组；以及设置在该第一限制环组和该室壁之间的第二限制环组。该装置进一步包含气体传输系统，该系统配置为当传输第一预涂气体且施加能量于该第一RF电极时将第一预涂层应用至该第一等离子区域。该装置还包含该气体传输系统，该系统配置为当传输第二预涂气体且施加能量于该第二RF电极组时将第二预涂层应用至该第二等离子区域。
文档编号H01L21/302GK101395702SQ200780007661
公开日2009年3月25日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月3日
发明者安德烈亚斯·菲舍尔 申请人:朗姆研究公司