专利名称：感应耦合的等离子体腐蚀装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及半导体的制造，特别涉及感应耦合等离子体腐蚀装置及用于控制感应耦合等离子体腐蚀装置的室内壁表面的方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，重复进行腐蚀工艺、绝缘膜形成和扩散工艺。本领域中的技术人员都知道，有两种类型的腐蚀工艺湿腐蚀和干腐蚀。通常使用例如图1中所示的感应耦合等离子体腐蚀装置进行干腐蚀。
在图1中所示的感应耦合等离子体腐蚀装置中，反应气体首先通过气体引入口(未示出)进入室400内。然后高频功率由一个电源(未示出)施加到线圈407。半导体晶片411安装在室400内提供的卡盘409上。线圈407由垫块(spacer)403支撑在室的上部，垫块由绝缘材料形成。在操作中，流过线圈407的高频(RF)电流在室400内感应电磁电流，电磁电流作用在反应气体上以产生等离子体。
等离子体含有各种类型的游离基，使用正/负离子的化学反应腐蚀半导体晶片411自身或形成在晶片上的绝缘膜。在腐蚀工艺期间，线圈407起变压器原线圈的作用，同时室400中的等离子体起变压器次线圈的作用。腐蚀工艺产生的反应产物通过排出口405排出。
当腐蚀一种新近开发的器件材料(例如，铂、钌等)时，产生的反应产物可能为不挥发性的物质(例如，RuO2)。有时，反应产物会粘附到室400的壁401上。如果反应产物导电，那么壁401上的反应产物膜会电屏蔽室中的电磁电流。因此，在腐蚀几个晶片之后，等离子体不会放电，腐蚀工艺必须停止。
为避免该问题，现已开发了一种使用等离子体来溅射粘附到壁401的反应产物的方法。然而在图1所示的感应耦合等离子体腐蚀装置中，由RF电流感应的电磁电流在壁401的附近产生具有驻波的分布电压。该是一个问题，因为会使反应产物的淀积和溅射变得不均匀。特别是，较大的能量被施加到高驻波幅值的区域中的等离子体。因此，该区域中的反应产物被过量溅射。另一方面，仅有较少量的能量被施加到低驻波幅值的区域(即驻波波节附近的区域)中的等离子体。由此，反应产物被淀积在该区域中。如上所述，不希望在壁401上存在导电膜，是因为它能电屏蔽室中的电磁电流，由此使腐蚀工艺不能进行。
鉴于以上，需要一种能防止导电反应产物实质地淀积在室内壁表面上的感应耦合等离子体腐蚀装置。
发明内容
总的来说，本发明提供一种感应耦合等离子体腐蚀装置，将能量均匀地施加到产生等离子体的室的一个壁附近的等离子体。
根据本发明的一个方案，提供一种感应耦合等离子体腐蚀装置。该装置包括用于在其内产生等离子体的室。室由一个外壳的壁限定。用于接收高频(RF)功率的线圈靠近并设置在外壳的一个壁的外部。一个起法拉第屏蔽作用的金属板靠近并设置在与线圈相邻的外壳壁的外部。金属板以一定的间距设置在线圈和外壳的壁之间，并且其内形成有横向地延伸到线圈的径向槽。一个连接器将金属板电连接到线圈。
在一个实施例中，用于固定半导体晶片的卡盘靠近外壳的下壁设置，并且金属板沿着外壳的上壁表面设置。在一个实施例中，金属板基本上平行于外壳的上壁。金属板优选厚度在约20μm到约10mm的范围内，更优选厚度在约50μm到约5mm的范围内。在一个实施例中，金属板的厚度约1.5mm。连接器将金属板电连接到线圈的预定位置或一个从阻抗匹配器延伸到线圈的导体。
在一个实施例中，用于接收高频(RF)功率的线圈靠近并设置在外壳的上壁的外部。在该实施例中，金属板靠近并设置在外壳的上壁的外部，并以一定的间距设置在线圈和外壳上壁之间。
在一个实施例中，金属板固定到一个连接框架的下面，连接框架包括它顶面上的连接垫块。在一个实施例中，线圈设置在连接框架的顶面和一个线圈安装板之间，线圈安装板固定到连接垫块。在该实施例中，U形垫块定位线圈安装板、线圈以及金属板，并且连接器将金属板通过U形垫块电连接到线圈。
根据本发明的另一方案，提供一种在感应耦合等离子体腐蚀装置中控制用于限定产生等离子体的室的一个壁的内表面的方法。在该方法中，在接收高频(RF)功率的线圈和室中产生的等离子体之间提供一个金属板，使得金属板不接触线圈。金属板内形成有多个横向地延伸到线圈并电连接到线圈的金属槽。在感应耦合等离子体腐蚀装置中进行等离子体腐蚀操作。在等离子体腐蚀操作期间，位于金属板和等离子体之间的壁的内表面上反应产物的淀积和反应产物从该壁的内表面的溅射基本上均匀，使得在壁的内表面上不会积聚使等离子体腐蚀操作不能进行的足够量的反应产物。在一个实施例中，位于金属板和等离子体之间的壁为室的上壁。
本发明有利地防止了导电反应产物，例如RuO2淀积在感应耦合等离子体腐蚀装置中的室壁的内表面上。由此可以等离子体腐蚀新近开发的器件材料，例如Ru，同时不必在仅加工几个晶片之后停止等离子体腐蚀操作以清理室壁。
应该理解以上概述和以下的详细说明仅为示例和说明，并不限定所要求保护的发明。
引入并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的示例性实施例，和说明书一起解释本发明的原理。
图1示出了现有技术的感应耦合等离子体腐蚀装置的简化示意剖面图。
图2示出了根据本发明一个实施例的感应耦合等离子体腐蚀装置的简化示意剖面图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的起法拉第屏蔽作用的金属板和用于将金属板固定的部件的分解透视图。
图4示出了根据本发明的一个实施例线圈和用于将线圈固定的部件的分解透视图。
具体实施例方式
下面参考附图详细地介绍本发明的几个示例性的实施例。图1在“发明的背景”部分进行了介绍。
图2示出了根据本发明一个实施例的感应耦合等离子体腐蚀装置的简化示意剖面图。如图2所示，半导体晶片111安装在设置在室100内的卡盘115上，室100由一个外壳的壁限定，卡盘靠近外壳的下壁。线圈313由垫块203支撑在室100的上壁101上，垫块可以由绝缘材料形成。在操作中，反应气体通过气体引入口(未示出)送入室100内。然后来自电源(未示出)的高频功率被施加到线圈313。流过线圈313的高频(RF)电流在室100内感应电磁电流，并且电磁电流作用在反应气体上以产生等离子体。
等离子体含有各种类型的游离基，使用正/负离子的化学反应来腐蚀半导体晶片111自身或形成在晶片上的绝缘膜。在腐蚀工艺期间，线圈313起变压器原线圈的作用，同时室100中的等离子体起变压器次线圈的作用。如果腐蚀工艺产生的反应产物易挥发，那么反应产物通过排出口113排出。
起法拉第屏蔽作用的金属板217被提供在线圈313和室100之间。在一个实施例中，金属板217以一定的间距设置在线圈313和外壳的上壁101之间并基本平行于上壁101。金属板217优选厚度在约20μm到约10mm的范围内，更优选厚度在约50μm到约5mm的范围内。在一个实施例中，金属板217的厚度约1.5mm。连接器207将金属板217电连接到线圈313的预定位置并确保施加到金属板217的面内RF电压均匀。由于施加到金属板217的面内RF电压均匀，因此能量被均匀地施加到上壁101附近中的等离子体。由于所述均匀的能量分布，反应产物的淀积和溅射均匀地发生，使得在上壁101上不会积聚反应产物。
在一个实施例中，连接器207将金属板217电连接到线圈313的一个位置，使足够的Vpp(峰值-峰值电压)施加到金属板。通过均匀地将Vpp施加到金属板217，等离子体中的离子被加速并均匀地撞击感应耦合等离子体腐蚀装置的室壁的真空侧表面，以防止反应产物淀积其上。在一个实施例中，感应耦合等离子体腐蚀装置为TCP 9400 PTX等离子体腐蚀装置，可以从Lam ResearchCorporation of Fremont购买，并且被加速的离子均匀地撞击TCP窗口的真空侧表面，以防止反应产物淀积其上。在另一实施例中，连接器207将金属板电连接到一个从阻抗匹配器延伸到线圈的导体。
图3是示出了根据本发明的一个实施例的起法拉第屏蔽作用的金属板和用于将金属板固定的部件的分解透视图。如图3所示，金属板217通过螺钉205固定到连接框架201的下面，在连接框架201的顶面提供有连接垫块203。连接框架201、连接垫块203以及螺钉205可以由任何合适的绝缘材料形成。
外环211、内环213以及中心盘215通过螺钉219固定到连接框架201，螺钉可以由任何合适的绝缘材料形成。在感应耦合等离子体腐蚀装置的操作期间，外环211、内环213以及中心盘215保持金属板217的形状。在金属板217中形成有多个径向槽221。径向槽221横向地延伸到线圈313部分(参见图4)，以中止由电流产生的内部感应电源在导体金属板217上流动。这很必要，是因为在金属板217上流动的电流会使线圈313(参见图2和4)和室100(参见图2)电屏蔽。
继续参考图3，连接器207电连接金属板217和线圈313(参见图2和4)。使用两个金属螺钉209进行这种连接，一个金属螺钉将金属板217连接到连接器207，另一个金属螺钉将线圈313(参见图2和4)连接到连接器207。
图4是示出了根据本发明的一个实施例的线圈和用于将线圈固定的部件的分解透视图。如图4所示，连接框架201和连接垫块203被提供在金属板217和线圈313之间。通过支撑弹簧外壳301和金属螺钉303固定十字形线圈安装板305的四个端部，以保持线圈313的形状。如图4所示，线圈313具有三匝。线圈313必须具有至少一匝，但可以具有任何合适数量的匝数。
如结合图3的说明所介绍的，连接器207将金属板217电连接到线圈313。如图4所示，U形垫块309定位线圈安装板305、线圈313以及金属板217。U形垫块309通过金属螺钉307连接到线圈313。一个金属螺钉309通过U形垫块309将连接器207电连接到线圈313，另一金属螺钉209将连接器207电连接到金属板217(参见图3)。
本发明还提供一种在感应耦合等离子体腐蚀装置中控制用于限定产生等离子体的室的一个壁的内表面的方法。在该方法中，一个金属板被提供在用于接收高频(RF)功率的线圈和室中产生的等离子体之间，使得金属板不接触线圈。如上所述，金属板内形成有多个横向地延伸到线圈并电连接到线圈的金属槽。在感应耦合等离子体腐蚀装置中进行等离子体腐蚀操作。在等离子体腐蚀操作期间，位于金属板和等离子体之间的壁的内表面上反应产物的淀积和反应产物从壁的内表面的溅射基本上均匀，使得在壁的内表面上不会积聚使等离子体腐蚀操作不能进行的足够量的反应产物。在一个实施例中，位于金属板和等离子体之间的壁为室的上壁。
本发明的感应耦合等离子体腐蚀装置很适合于新近开发的能产生不挥发性导电反应产物(例如，RuO2)的器件材料(例如，铂、钌等)的等离子体腐蚀。对本领域的技术人员来说，显然本发明的感应耦合等离子体腐蚀装置也可以用于等离子体腐蚀诸如金属和多晶硅等的标准材料。在金属和多晶硅的等离子体腐蚀中，调节Vpp以实现均匀和最少量的淀积。以此方式，可以改善清洁之间平均晶片(MWBC)和TCP窗口的寿命。
总之，本发明提供了一种感应耦合等离子体腐蚀装置和在感应耦合等离子体腐蚀装置中控制用于限定产生等离子体的室的一个壁的内表面的方法。这里就几个优选实施例介绍了本发明。从说明书的考虑和本发明的实施中，对于本领域中的技术人员来说可以想象本发明的其它实施例。例如，可以根据采用本发明的感应耦合等离子体腐蚀装置改变起法拉第屏蔽作用的金属板的形状以及金属板和室之间的位置关系。以上介绍的实施例和优选结构为示例性的，本发明的范围由附带的权利要求书以及它们的等效范围限定。
权利要求
1.一种感应耦合等离子体腐蚀装置，包括用于在其内产生等离子体的室，该室由一个外壳的壁限定；用于接收高频(RF)功率的线圈，靠近并设置在外壳的一个壁的外部；金属板，靠近并设置在与线圈相邻的外壳壁的外部，金属板以一定的间距设置在线圈和外壳的该壁之间，并且其内形成有横向地延伸到线圈的径向槽；并且连接器，将金属板电连接到线圈。
2.根据权利要求1的装置，其中一个用于固定半导体晶片的卡盘靠近外壳的下壁设置，并且金属板沿外壳的上壁的表面放置。
3.根据权利要求1的装置，其中金属板基本上平行于外壳的上壁。
4.根据权利要求1的装置，其中金属板的厚度在约20μm到约10mm的范围内。
5.根据权利要求1的装置，其中金属板的厚度在约50μm到约5mm的范围内。
6.根据权利要求1的装置，其中金属板的厚度约1.5mm。
7.根据权利要求1的装置，其中连接器将金属板电连接到线圈的一个预定位置和一个从一阻抗匹配器延伸到线圈的导体中的一个。
8.一种感应耦合等离子体腐蚀装置，包括用于在其内产生等离子体的室，该室由一个外壳的壁限定，这些壁包括一个具有设置在其附近的用于夹持半导体晶片的卡盘的下壁和一个设置在下壁之上的上壁；用于接收高频(RF)功率的线圈，靠近并设置在外壳的上壁的外部；金属板，靠近并设置在外壳的上壁的外部，金属板以一定的间距设置在线圈和外壳的上壁之间，并且其内形成有横向地延伸到线圈的径向槽，金属板还具有在约20μm到约10mm的范围内的厚度；和连接器，将金属板电连接到线圈。
9.根据权利要求8的装置，其中金属板基本上平行于外壳的上壁。
10.根据权利要求8的装置，其中金属板的厚度在约50μm到约5mm的范围内。
11.根据权利要求8的装置，其中金属板的厚度约1.5mm。
12.根据权利要求8的装置，其中连接器将金属板电连接到线圈的一个预定位置和一个从一阻抗匹配器延伸到线圈的导体中的一个。
13.根据权利要求8的装置，其中金属板固定到一连接框架的下面。
14.根据权利要求13的装置，其中金属板通过一外环、一内环和一中心盘固定到连接框架的下面。
15.根据权利要求14的装置，其中连接框架包括其顶面上的连接垫块，并且连接框架和连接垫块由绝缘材料组成。
16.根据权利要求15的装置，其中线圈位于连接框架的顶面和一线圈安装板之间，并且线圈安装板固定到连接垫块上。
17.根据权利要求16的装置，其中一U形垫块定位线圈安装板、线圈以及金属板，并且连接器通过U形垫块将金属板连接到线圈。
18.一种在感应耦合等离子体腐蚀装置中，控制用于限定产生等离子体的室的一个壁的内表面的方法，该方法包括在用于接收高频(RF)功率的线圈和室中产生的等离子体之间提供一金属板，使得金属板不接触线圈，金属板内形成有多个横向地延伸到线圈并电连接到线圈的金属槽；并且在感应耦合等离子体腐蚀装置中进行等离子体腐蚀操作，位于金属板和等离子体之间的壁的内表面上反应产物的淀积和反应产物从壁的内表面的溅射基本上均匀，使得在壁的内表面上不会积聚使等离子体腐蚀操作不能进行的足够量的反应产物。
19.根据权利要求18的方法，其中金属板的厚度在约20μm到约10mm的范围内。
20.根据权利要求18的方法，其中位于金属板和等离子体之间的壁是该室的上壁。
全文摘要
一种感应耦合等离子体腐蚀装置包括用于在其内产生等离子体的室(100)。室(100)由一个外壳的壁限定。接收高频(RF)功率的线圈(313)靠近并设置在外壳的一个壁(101)的外部。金属板(217)靠近并设置在与线圈(313)相邻的外壳壁(101)的外部。金属板(217)以一定的间距设置在线圈(313)和外壳的壁(101)之间，并且其内形成有横向地延伸到线圈(313)的径向槽。连接器(207)将金属板(217)电连接到线圈(313)。还介绍了一种控制用于限定产生等离子体的室的一个壁的内表面的方法。
文档编号H01J37/32GK1484849SQ01807390
公开日2004年3月24日 申请日期2001年3月28日 优先权日2000年3月31日
发明者中嵨州, 中 州 申请人:拉姆研究公司