专利名称：用于最小化等离子体处理室内的电弧的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于处理基片的装置和方法，这些基片诸如用于IC制造的半导体基片或用于扁平板显示器制造的玻璃板。更特别地，本发明涉及用于在处理过程中最小化与等离子体处理室相关的面向等离子体元件与等离子体处理室内的等离子体和/或另一面向等离子体元件之间的电弧的改进的方法和装置。
背景技术：
等离子体处理系统已经出现一段时间了。这些年来，利用感应耦合等离子体源、电子回旋加速器谐振(electron cyclotronresonance，ECR)源、电容源等的等离子体处理系统已被引入，且在不同程度上被用来处理半导体基片和玻璃板。
在处理过程中，通常利用多种沉积步骤和/或蚀刻步骤。在沉积过程中，材料被沉积到一基片表面上(诸如玻璃板或晶片的表面)。例如，包含不同形式的硅、二氧化硅、氮化硅、金属等的沉积层可形成在基片的表面上。相反地，可以利用蚀刻以有选择地从基片表面上的预定区域除去材料。例如，被蚀刻的特征诸如通道、触点或沟道可以被形成在基片层中。注意，在一些蚀刻过程可以利用化学性质和/或参数，同时在面向等离子体表面上蚀刻和沉积薄膜。
使用多种等离子体产生方法(这些方法包括感应耦合、ECR、微波和电容耦合等离子体方法)可以产生和/或保持等离子体。在感应耦合等离子体处理室中，例如，一种感应源被利用产生等离子体。为便于讨论，图1举例说明了一种现有技术感应等离子体处理室100，在这个例子中，该处理室用于蚀刻。等离子体处理室100包括一基本成圆柱状的室壁部分102和一个设置于电介质窗户106之上的天线或感应线圈104。通常，天线104可操作地连接到第一RF电源108，该第一RF电源可以包括示出的RF生成器110和RF匹配网络112。RF生成器110可以在例如4MHz的频率工作。一般地来说，来自RF生成器的RF信号可以是正弦的、脉冲的或非正弦的。电介质窗口106通常由高阻抗的电介质材料诸如高阻抗的金刚砂(silicon carbide，SiC)形成。
在等离子体处理室100内，通常提供有一组气体入口(未示出)便于气体源材料(例如蚀刻剂源气体)导入电介质窗口106和基片114之间的RF感应等离子体区域。基片114被引入室100且设置在卡盘116上。卡盘116一般作为一个电极且可操作地连接到第二RF电源118。该第二RF电源可以包括示出的RF生成器120和RF匹配网络122。RF生成器120可以在例如13.56MHz的频率工作。如上所提到的，来自RF生成器120的RF信号象其它来自RF生成器的RF信号一样可以是正弦的、脉冲的、或非正弦的。
为了产生等离子体，处理源气体通过之前提到的一组气体入口输入室100。然后使用RF电源108把电力传送到感应线圈104以及使用RF电源118把电力传送到卡盘116。耦合通过电介质窗口106的、从RF电源108传送的RF能量激活处理源气体，从而，产生等离子体124。
在某些室结构中可以设置一个聚焦环126。对于那些熟悉该等离子体处理技术的人都清楚，聚焦环有助于把来自等离子体124的离子集中在基片114的表面上，以改进处理均匀性。聚焦环126也保护卡盘116的一部分免于在处理过程中遭到毁坏。在某些室结构中也可以设置等离子体屏蔽物(plasma screen)128，以有助于包含等离子体以及阻止等离子体泄漏到室的非有效区域诸如卡盘116下面的区域中。这种泄漏可能造成早期侵蚀和/或导致不想要的材料在某些室部分上不适当的沉积。
多个磁铁130可以设置在室壁102的环境的周围。这些磁铁可以被使用例如以便于控制蚀刻速率的均衡性。根据特定的制造商以及/或特定蚀刻过程的要求，室100也可以包含有不同的元件。例如，也可以有压力控制环、热边缘环、不同气体喷嘴、探测器、室衬垫等。为简化说明，这些已知的元件从图1中省略。
一般而言，对蚀刻过程进行严格控制以获得令人满意的蚀刻结果是非常重要的。因此，必须仔细地控制诸如RF电压、RF电源、偏置电压、偏置电源、等离子体密度、室中污染的数量等这样的参数。在这一方面，等离子体处理室的设计特别是面向等离子体元件的设计是非常重要的。如这里使用的术语，面向等离子体元件表示一个具有至少一个在处理过程中接触或面向等离子体的表面的元件。一般地，室中的面向等离子体元件必须被仔细地选取以取得成本合理、机械强度适当、与蚀刻化学兼容、污染低、电特定适当以及其它的理想结合。
例如，铝、阳极氧化铝或铝合金之一长久以来已被使用制造面向等离子体元件。虽然铝相对便宜且易于制造，但它受到与某些蚀刻过程诸如那些在基片表面上蚀刻铝层中涉及的蚀刻过程化学不兼容的影响。甚至在具有阳极氧化涂层或一些其它的涂层的情况下，由于包含铝的粒子在室中不想要的存在导致的污染风险使铝在某些应用中不被接受。这种包含铝的粒子可能导致污染物在被处理的基片上不想要的沉积，或可能融入沿室侧壁的聚合体装置，使室的清洁任务更加困难，且执行起来更加耗费时间。
其它材料诸如金刚砂(SiC)拥有不同的化学特性，因此可以被用来制造面向等离子体元件，即使使用SiC可能涉及成本、电性质和/或机械性质上的平衡。一些材料可能具有适当的化学性质和电性质但可能例如难以制造和/或制造成本昂贵和/或难以产生必要的纯度。因此，没有材料完美地适合每种应用，一种化学兼容性好且产生低污染的材料常常受到其它缺陷诸如不理想的电性质的影响。因此，制造商通常试图在为这些用于不同处理应用的面向等离子体元件选取“适当”的材料上平衡不同因素。
从而，发明人注意到在某些过程中的某些RF电源装置上，电弧可能在等离子体诸如图1的等离子体124和面向等离子体元件的面向等离子体表面之间产生。电弧的产生似乎与面向等离子体表面是否与等离子体124的可观察的等离子体云直接接触无关。在一些情况下，如果面向等离子体元件由一种具有较低阻抗的材料构成，在过程的某些阶段中电弧似乎更加显著。这些低阻抗材料可能包括例如铝、不锈钢、各种铝合金和/或不锈钢合金、低阻抗金刚砂(SiC)、硅(Si)、碳化硼(B4C)、石墨(C)等。低阻抗材料有时有利于某些面向等离子体元件诸如室壁的制造，这是因为低阻抗材料似乎在把RF功率包含在室内更为高效。还注意到在某些造成聚合体沉积在面向等离子体表面上的蚀刻过程中，电弧在过程的某些阶段似乎更加显著。
电弧是一个严重的问题，因为它不利地降低了过程结果。例如，图2是一个在观察到电弧的典型蚀刻过程中等离子体发射431nm光辐射的图。如光辐射信号内瞬间峰值202A和202B所显示，在形成弧光的过程中等离子体的行为不可预测，因此产生不可预期的蚀刻结果。而且，电弧有时从面向等离子体表面将粒子飞溅到室内部，造成在不可预测的时间上发生不想要的污染。而且，电弧立即或随时间对面向等离子体元件的面向等离子体表面造成毁坏常常是严重的毁坏。
例如，图3示出由电弧毁坏的金刚砂面向等离子体元件的内部表面的示意图。在这种情况下，电弧痕迹302的形状受与成放射状设置在室壁的外部环境周围的磁铁有关的磁场的影响。应该指出磁铁刚好是图3的图取自其中的室的一部分；然而，磁铁的存在与否似乎不是电弧是否发生的决定因素。从室壁沿电弧痕迹移位的SiC粒子被作为污染物引入室内部。由室壁内部上的电弧痕迹302造成的蚀损斑，使的必须更换室壁，这种更换是昂贵而耗时的过程，以及不可避免地中断了在半导体产品的制作中使用等离子体处理室。
当然，一个控制电弧的显而易见的方法是通过把面向等离子体元件直接接地而简单地使面向等离子体元件接地。尽管许多尝试，直接把面向等离子体元件接地不能总是解决问题。控制电弧的另一方法是更改其它的处理参数，诸如不同RF电源的RF电压和RF功率。然而，这不总是可能的，这是因为许多处理过程要求某些参数保持在某一范围内。还有一种控制电弧的方法是选择用于面向等离子体元件的具有不同电性质的材料。然而，这也不总是一个理想的解决方案，这是因为不同的材料可能引入一系列不同的问题，诸如化学性质不兼容、污染增加、制作成本增加、机械强度低等。
考虑到上述问题，本发明提供了理想的、用于在处理过程中降低和/或消除与等离子体处理室有关联的面向等离子体元件与等离子体之间的电弧的改进方法和装置。优选地，用于降低和/或消除电弧的技术适用于被用来制造面向等离子体元件的任何类型的材料。
发明内容
在一实施例中，本发明涉及一种用于处理基片以在其上形成电子元件的等离子体处理室。该等离子体处理室包括面向等离子体元件，该等离子体元件具有在基片处理过程中面向等离子体处理室内的等离子体的面向等离子体的表面。该面向等离子体元件与接地端子电绝缘。该等离子体处理室还包括耦合到面向等离子体元件的接地装置，该接地装置包括第一电阻电路，其设置在面向等离子体元件和接地端子之间的第一电流通路内。该接地装置还包括RF滤波器装置，设置在面向等离子体元件和接地端子之间的至少其它一个电流通路内，其中，选择第一电阻电路的阻抗值，以基本上消除基片处理过程中等离子体和面向等离子体元件之间的电弧。
在另一实施例中，本发明涉及一种构造用于处理基片以在其上形成电子元件的等离子体处理室的方法。该方法包括提供面向等离子体元件，其具有在基片处理过程中面向等离子体处理室内的等离子体的面向等离子体表面。该方法还包括使面向等离子体元件与接地端子电绝缘。该方法又包括把面向等离子体元件耦合到一接地装置，该接地装置包括第一电阻电路，设置在面向等离子体元件和接地端子之间的第一电流通路内。
在再一实施例中，本发明包括接地装置，其用于基本上消除与等离子体处理室有关联的面向等离子体元件与等离子体处理室内的等离子体之间的电弧。在处理基片以在其上形成电子元件的过程中存在等离子体。面向等离子体元件具有一个在处理过程中面向等离子体的面向等离子体表面。该面向等离子体元件电绝缘于接地端子。当接地装置连接到面向等离子体元件和接地端子时，该接地装置包括电阻电路，其设置在面向等离子体元件和接地端子之间的第一电流通路内，其中选择电阻电路的阻抗值，以基本上消除在基片处理过程中等离子体和面向等离子体元件之间的电弧。
在又一实施例中，本发明涉及一种构造用于处理基片以在其上形成电子元件的等离子体处理室的方法。该方法包括在处理过程中使基片与接地端子电绝缘。该方法还包括在处理过程中把基片连接到一接地装置。接地装置包括第一电阻电路，设置于基片和接地端子之间的第一电流通路内。
本发明的这些和其它特征将在下面对本发明的详细描述中以及结合下面的图形更为详细地描述。
通过附图中的例子对本发明进行说明，而不非对其进行限制，其中附图中相似的参考数字指的是相似的元件，其中图1举例说明现有技术中感应耦合等离子体处理室以便于讨论。
图2是在观察到电弧的典型蚀刻过程中等离子体的光辐射图。
图3示出被电弧毁坏的金刚砂面向等离子体元件的内部表面的图示。
图4A和图4B举例说明电阻电路在消除电弧过程中的功能。
图5示出，根据本发明的一实施例，也抑制RF辐射的电弧消除(AE)装置的电路图。
图6示出，根据本发明的一方面，感应耦合等离子体处理的圆柱状室壁的AE装置。
图7示出，根据本发明的一实施例，壁接触模块的细节。
具体实施例方式
现在将参照如附图中所举例说明的多个优选实施例对本发明进行详细描述。在下面的描述中，为彻底地理解本发明，阐明了许多具体的细节。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，没有一些或这些具体的细节的全部实施本发明。在其它实例中，为了不必要地使本发明难以理解，没有对已知的过程步骤和/或结构进行详细说明。
本发明在一个实施例中涉及电弧消除(AE)装置，用于消除等离子体处理室内的等离子体与面向等离子体元件之间的电弧。虽然不希望受限于理论，认为是由于允许建立通过电介质层(诸如在处理过程中沉积的聚合体层)的足够的直流高电压而发生电弧。这种理论被图2中等离子体的被观察到的光辐射的行为所部分支持。参照图2，例如，在参考标号204所标注的期间，没有电弧且光辐射稳定。光辐射信号中的瞬间峰值202A和202B表示电弧，电弧在过程开始之后的一段时间发生。在图2的蚀刻过程的开始，室壁的低阻抗性SiC(也就是，在该例子之后经历电弧的面向等离子体元件)为等离子体DC电压提供一电流通路接地。因此在参考标记204所标记的时期的开始没有电弧发生。
当处理继续进行时，聚合体沉积物在参考标记204所标记的时期过程中逐渐地增加。当聚合体层沿侧壁增加时，这一聚合体层逐渐地切断通过低阻抗SiC材料到地的等离子体之间的传导路径。因此，沉积的聚合体层上的DC电压差增加，当沉积层随时间增厚时DC电压差增加。在某一点，穿过沉积的聚合体层上的DC电压差变得高的足以在沉积的聚合体层上发生电弧。此时，电弧基本上穿过沉积的聚合体层且毁坏下面的SiC室壁内表面。
发明人也认识到该理论也可能有助于解释在使用阳极氧化铝室的室中在某些RF电压和功率在某些过程中有时发生电弧的原因。阳极氧化铝的硬度较高且其比大块的铝材料的化学惰性更强。然而，虽然室壁的大块铝材料具有高度的传导性，然而面向等离子体的阳极氧化铝涂层更加绝缘。在某种意义上，阳极氧化铝涂层实施与图2的例子中的被沉积的聚合体层相同的功能，也就是绝缘的阳极氧化铝涂层抑制从通过室壁的大块铝材料的等离子体到地的电流通路。这样，在某些RF电压和功率下，阳极氧化铝涂层上的DC电压差将导致电弧发生。
还认识到对于某些过程，改变某一过程窗口之外的处理参数诸如RF电压和RF功率设置(对于上面的和/或下面的RF电源)是不实际的。也就是说，如果RF电压和RF功率设置被保持在特定的窗口内，某些蚀刻或沉积过程仅仅可以被成功地实施。这样，改变可允许的窗口之外的RF电压和RF功率设置以消除电弧可能在一些过程中不是一个选择。这样，所需要的是一种不同的提出电弧问题的方式。
而且，改变面向等离子体元件(诸如室壁)的组成仅以控制电弧也不总是有利的。这是因为许多次，对面向等离子体元件材料的选择由除了材料的电性质之外的因素所决定。例如，某一种材料根据成本因素和/或基于它的使用对等离子体处理室内部造成很小的污染这一事实，和/或由于材料对过程化学有更好的抵制和/或由于材料有很好的机械性质是非常理想的。如果能通过改变面向等离子体元件的电性质而不需要使用不同的材料解决电弧问题，则有可能增加用于制造面向等离子体元件的材料的种类。这里所披露全部的用于制造面向等离子体元件的材料由于其在过去可能由于它们关于电弧的很差的电性质已被拒绝。
返回电弧理论，然后认识到简单地使面向等离子体元件接地，也就是使用一个导线直接把面向等离子体元件与地连接不将减小沉积的聚合体层和/或任何电介质层和/或等离子体和面向等离子体元件之间的电介质区域上的DC电压差。那么所需要的是一项技术，这种技术人为地增加面向等离子体元件的DC电压以致当聚合体沉积发生时或如果过程在某些RF电压和RF功率设置被执行时，等离子体和面向等离子体元件之间的DC电压差决不被允许达到发生电弧的阈值。
为了实现上述技术效果，使面向等离子体元件与接地端子电绝缘很重要。在现实世界的术语中，由于面向等离子体元件诸如室壁通常使用传导金属接合件(例如不锈钢螺钉、螺栓、夹子等)连接到接地的等离子体处理工具的结构，采用把这样的面向等离子体元件固定到接地的等离子体处理工具的结构的方法使得不存在直接到地的电短路是重要的。对于本领域技术人员显而易见的是，有各种方法把部件机械地固定在一起而保持它们互相电绝缘。一个这样的固定方法将结合图7稍后讨论。
一旦面向等离子体元件与地电绝缘，那么利用一适当构造的AE电路，人为地增加处理过程中接地电压之上的面向等离子体元件的DC电压。例如，一旦面向等离子体元件与地电绝缘，一适当尺寸的电阻电路将完成所需要的消除电弧的任务。应该仔细地选取电阻电路以提高面向等离子体元件的DC电压到某一点，在该点，等离子体和面向等离子体元件之间在电介质区域(诸如上述的沉积的聚合体层或阳极氧化铝)的DC电压差不足以造成电弧。
图4A和图4B举例说明了电阻电路在消除电弧方面的功能。在图4A的情况下，如果室壁400(表示该例子中的面向等离子体元件)直接连接到地，等离子体402和地之间的整个DC电压差将被集中在电介质区域404上。由图4A中的VA表示的DC电压差被认为将在某些条件(例如一旦沉积的聚合体层变得足够厚或在某些RF电压和RF功率下)下导致电弧。
在图4B的情况下，室壁与地电绝缘，将一大小合适的电阻R1有意地插入面向等离子体元件和地之间的电流通路。由于电阻电路R1的存在，在这种情况下导致图1中的DC电压差VA分布在VR1和VB之间，其中VR1表示电阻R1上的DC压降，VB表示等离子体和面向等离子体元件之间在电介质区域404上的DC电压差。通过为R1选择一适当的阻抗值，以致在其它情况下导致电弧的条件下VR1足够大，从而VB变得足够小，可以避免电弧。
使面向等离子体元件与地电绝缘以及有意地把电阻电路引入面向等离子体元件和地之间的DC电流通路似乎基本上减小了形成电弧的可能性。然而，面向等离子体元件的电绝缘以及把电阻电路引入到DC电流通路可能在某些条件下造成其它问题。例如，已知由面向等离子体元件输出的无线电频率(RF)辐射的级别必须一直保持在一个可接受的级别。抑制RF能量是重要的，这是由于一高级别的RF辐射可能对其它电子设备造成过分干扰，并且可能通过调节来禁止。
如果面向等离子体元件直接连接到地，如图4A中的情况，RF信号的低阻抗路径已由接地导线提供，不需额外做任何事情。然而，由于需要有一相对高电阻电路将与地隔离的面向等离子体元件的电压提高到更接近于等离子体电压，如图4B中的例子，如果要求抑制RF，必须提供另外一种低阻抗RF路径。
根据本发明的另一方面，提供有一用于为RF信号提供一低阻抗路径接地以最小化某些频率上的RF辐射的RF滤波器。在优选实施例中，电容电路被用作RF滤波器。RF滤波器可以被设计为基本上类似于对DC信号开放的电路，这样继续允许面向等离子体元件的DC电压，以避开接地电压(通过电阻电路的使用)。对于RF信号，然而，RF滤波器可以被设计基本上类似于一闭合电路，从而，为RF信号提供一低阻抗路径接地。
在一实施例中，RF滤波器由一适当尺寸的电容器实现，用来为所关注的RF信号提供一独立的低阻抗接地路径。RF滤波器的RF阻拦特性可通过使用一额外的感应器产生LC带通滤波器来进行调谐。也可以采用利用有源元件和/或无源元件的其它RF滤波器设计。这种使用感应器和没有使用感应器的RF滤波器是本领于技术人员所熟知的。
图5示出，根据本发明的一实施例，同样抑制RF辐射的电弧消除(arc-elimination，AE)装置的电路图。AE装置502包括与适当尺寸的RF滤波器电路506并联的适当尺寸的电阻电路504。当AE装置502被置于面向等离子体元件508和接地端子510之间的电流通路时(面向等离子体元件508在其它情况下与接地端子510电绝缘)，电弧和RF能量的辐射被基本消除。
假定电阻电路的值应该尽可能的高以最大化那个电阻电路上的压降(例如图4B的VR1)，从而最小化等离子体和面向等离子体元件之间的DC电压差(例如图4B的VB)。如所提到的，正是等离子体和面向等离子体元件之间的DC电压差主要导致电弧现象。然而，应该提到过高的R1值将导致VR1过高，这意味着面向等离子体元件的DC电压将在处理过程中甚至在之后是高的。室内的给定元件上的非常高的DC电压表示潜在的电死危险。而且，在RF滤波器电路上也看到高的DC电压，该RF滤波器电路在其设计中可能利用了某种类型的电容电路。如果电容被充电到一高电压且不放电，或被给予不足的时间放电，电死的可能性可能存在。因此，在处理过程中，选取R1的值，以使等离子体和面向等离子体元件之间的DC电压差最小化，但不是减小到某一点，在该点，不必要的高电压存在于面向等离子体元件上和/或RF滤波器的电容电路上，对人类操作者或工具环境中的其它设备造成危险。
以它最简单的形式，电阻电路可能简单地是一个适当尺寸的电阻，也就是陶瓷电阻。应该注意到电阻电路可能由除了简单无源电阻之外的设备构成。例如，可能提供一组电阻，可能提供切换机制或装置，以便于在不同的电阻值之间进行切换以改变电压差来改变一特定过程或特定过程的不同步骤的非电弧窗口。为了调谐阻抗值以考虑不同的室设计、用于面向等离子体元件的材料和/或不同的过程参数的目的，相反可以使用可变电阻。作为另一例子，有可能使用一晶体管实施可变电阻电路来增加所必要数量的面向等离子体元件的DC电压(例如，通过改变影响源极和漏极之间的导电通道的晶体管的栅电压)。事实上，任何提供必要的电阻值的电路设计也可以被使用。这些其它的电阻电路在该技术中是已知的，在这儿不将被讨论。
同样，以它最简单的形式，RF滤波器可以简单地是一个适当尺寸的电容器。该电容器的值应该足够大以致面向等离子体元件上的RF电压可以被保持的相当低，优选地低于某一级别，在这一级别RF辐射将在处理工具环境下干扰其它设备。然而，对于任何室设计来说，电容值有一个上限，这是因为过大的电容器将吸收过高的RF电流，可能使电容器本身被毁坏。
应该注意RF滤波器可能由除了简单电容器之外的设备构成。为了调谐RF滤波器，以考虑不同的室设计和/或用于面向等离子体元件的材料和/或有选择地封闭或放过某些RF频率的RF信号的目的，相反可以使用可调谐的RF滤波器电路。事实上，任何提供必要的RF滤波器特征的电路设计也可以被使用。这些其它的RF滤波器电路，无论它们使用无源元件和/或有源元件，在该技术中是已知的，在这里将不被讨论。
低RF电阻电路和高DC电阻电路的空间分布对于某些面向等离子体元件也是重要的。如果面向等离子体元件相对小(例如气体喷嘴、探测器等)，可以使用单个的两端子AE装置，它的一个端子连接到面向等离子体元件上一个位置以及另一个端子接地。对于较大的面向等离子体元件和/或对于具有更为复杂形状的面向等离子体元件，可以提供多个RF滤波器消除面向等离子体元件上的RF“热点”。多个RF滤波器也是有利的，因为它们允许必要的电容值在许多并联的RF滤波器之间分割，所以减小了单个RF滤波器的电容值。多个并联的RF滤波器也在处理大RF电流方面是更好的，从成本和可靠性方面考虑，是有利的。采用较低的电容值，在商业上可得到的电容器之间可以有更多的选择以及/或多个电容器的总成本可能低于单个高性能电容器的成本。
根据本发明的一个方面，图6示出感应耦合等离子体处理室的圆柱状室壁602的AE装置600。在图6的例子中，室壁602通过AE装置600与接地端子电绝缘。AE装置600包括多个围绕室壁环境空间分布的壁接触模块604。每一壁接触模块604优选由导电材料诸如铝构成，且用于使DC电压和RF信号沿室壁602的垂直轴(z)分布电接触表面。在下面图7中更加详细地讨论示范性的单个壁接触模块604。
在一优选实施例中，每个壁接触模块604都设置有一RF滤波器电路，该电路具有图6的实施例中的电容器的形式。通过分布壁接触模块604，从而沿室壁602周围分布RF滤波器电路，RF“热点”被最小化。而且，沿室壁602周围分布的多个电容器的使用允许使用具有更小电容值的电容，这减少了成本以及提高了前述的可靠性。在一典型实现中，提供了16个壁接触模块。然而，如果RF热点不是一个问题以及更少的电容器可以可靠地保持面向等离子体元件的RF电压低到某一点，在该点，RF辐射不再造成问题，可能仅仅需要几个甚至一个RF滤波器电路。
每一壁接触模块604也可以设置有电阻电路，为DC信号提供一条单独的路径接地。电阻电路例如具有适当尺寸的电阻的形式。然而，我们发现，对于低阻抗SiC室壁来说，不必围绕室壁602周围分布电阻以消除电弧。在一种情况下，设置有壁接触模块604E之一的单个适当尺寸的电阻610是足够的，其它的壁接触模块可以不要求使用电阻电路。
在一示范性实施方式中，16个壁接触模块上的16个电容器的每一个都具有一个390pF的电容值，总的电容值为6.24nF。然而，这适于具有低阻抗SiC室壁的感应耦合等离子体蚀刻室，在处理过程中，上部电极运行在大约4MHz的频率上，下部电极运行在大约13.56MHz的频率上。对于这种情况，总电容值可以在0pF(也就是没有电容器)和大约100nF之间，更优选在大约10pF和大约30nF之间，最优选在大约1nF和大约10nF之间。当然，总电容值可能根据例如室设计、过程参数以及被保护的面向等离子体元件的尺寸而变化。例如，较小的面向等离子体元件可能需要比较大的面向等离子体元件所需要的电容器更小。如果没有使用电容，期望例如通过在元件和/或辐射RF的室的周围提供法拉第屏蔽可能实现另外一种方法来容纳RF。
在示范性实施方式中的单个电阻具有大约500kΩ的值。然而，电阻值可以在大约1kΩ和大约100MΩ之间，优选在大约10kΩ和大约10MΩ之间，更优选大约100kΩ和大约1MΩ之间。当然电阻值可能根据例如室设计、过程参数以及被保护的面向等离子体元件的其它电特征等而变化。
图7示出，根据本发明的一实施例，壁接触模块702的细部。在壁接触模块702的情况下，电阻电路(以适当尺寸的电阻的形式)和RF滤波器电路(以适当尺寸的电容器的形式)都存在。如之前所提到的，然而，倘若至少一个壁接触模块设置有电阻电路，每一个壁接触模块都使用电阻电路是不必要的。
在图7中，示出远离室壁外部的壁接触模块的侧面。壁接触模块702包括由铝或另一适当导电材料制成的导电基板704。导电基板704的长度可以被调整以提供沿避免RF热点所必须的室壁的高度的长度的电接触。壁接触模块702的面向壁的侧面可能被设置有RF衬垫以进一步改善基板704和室壁之间的RF接触。
例如由塑料或另一适当非导电材料制成的非导电部分706被提供，且使用螺钉708A和708B连接到基板704。外部底座710A和710B然后连接到非导电部分706。外部底座710A和710B提供机械装配点以保护室700，通过固定到那儿的壁接触模块702，到处理系统的结构。因为处理系统的结构通常接地，这些外部底座仅连接到壁接触模块的非导电部分意味着壁接触模块以及室壁与地电绝缘而被安全地装配到处理工具的结构中。
具有PCB板形式的AE装置720装配在基板704上。AE装置720包括与电容器724并联的电阻722。RC对的一端经由导体726电连接到基板702。RC对的另一端经由所示的导线728电连接到地。
虽然图7示出把AE装置应用到室壁以消除电弧，应该提到这儿披露的根据本发明的电弧消除技术可以应用到任何其它的面向等离子体元件来消除电弧。这些面向等离子体元件的例子包括但不局限于聚焦环、热边缘环、压力控制设备、室衬垫、探测器、气体喷嘴。在一实施例中，根据本发明的电弧消除技术也可以应用到基片以消除那里的电弧。在一典型情况下，可能有一适当的接触装置(例如装载有弹簧的销或多个销)提供RF和DC电流通路给基片。
而且，此处所披露的根据本发明的电弧消除技术不仅仅局限于感应耦合等离子体处理室。可以通过使用根据本发明的电弧消除技术处理任何经历电弧的等离子体处理室元件，而不考虑等离子体的产生和/或保持的方式。例如，本文所披露的根据本发明的电弧消除技术可以被使用以减小到电容蚀刻机的顶部电极的电弧。而且，本文所披露的等离子体消除技术可以被用于以任何RF频率运行的等离子体处理系统。
甚至对于某一过程窗口内没有经历电弧的过程来说，根据本发明的电弧消除技术的实现加宽了那个过程窗口，允许过程工程师使用更高的RF功率和/或RF电压，这可以产生更好的过程结果而这些更高的RF功率和/或RF电压范围在过去由于电弧问题可能被避免。
此外，本文所披露的根据本发明的电弧消除技术可以应用于任何面向等离子体元件，而不考虑其构成。可以把根据发明的AE装置应用于在其它情况下与地电绝缘且更改它的电性质直到敏感性是电弧的面向等离子体元件。这样，可以根据诸如化学惰性、容易制造、高纯度、低成本、理想的机械特征、可用性以及不考虑材料对电弧的敏感性这样的其它方面的优良的属性而选择面向等离子体元件的材料。
因此，可想到，根据本发明的电弧消除技术可以应用于由诸如金刚砂(SiC)、硅(Si)、铝、不锈钢(也就是铁和铬以及可选的镍的合金、钼、钨、铜、硅和/或其它)和/或其它金属和它们的合金、碳化硼(B4C)、石墨(C)、yittrum氧化物以及其它基于yittria的材料构成的面向等离子体元件。此外，根据本发明的电弧消除技术可以应用于多孔的、固体的、合成的(也就是多层相同材料或不同材料)或这些材料的纯粹形式而不管这些材料是如何沉积、产生或制造(诸如化学蒸汽沉积、等离子体增强的化学汽相沉积、飞溅、熔结、等离子体喷溅、受压、机器制造的和/或浇铸)。例如，根据本发明的电弧消除技术也应用于由多个层制成的材料(例如具有氧化铝层的铝)。因此，现在可以选取一种材料，理由是它的理想的化学性质、机械性质和/或其它诸如低成本、可用性、易于制造和制作以及不考虑那种材料在处理过程中对电弧的敏感性等因素。如果在处理过程中刚好存在电弧的问题，那么根据本发明的电弧消除技术可以被使用来消除这种电弧。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种用于处理基片以在其上形成电子元件的等离子体处理室，包括面向等离子体元件，具有面向等离子体表面，在处理所述基片期间面向所述等离子体处理室内的等离子体，所述面向等离子体元件与接地端子电绝缘；以及接地装置，连接至所述面向等离子体元件，所述接地装置包括第一电阻电路，设置在所述面向等离子体元件和所述接地端子之间的第一电流通路中，所述接地装置还包括RF滤波器装置，设置在所述面向等离子体元件和所述接地端子之间的至少一个其它电流通路中，其中，选择所述第一电阻电路的电阻值，以基本上消除在处理所述基片期间所述等离子体和所述面向等离子体元件之间的电弧。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理室，其中所述面向等离子体元件由含有金属的材料制成。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理室，其中所述金属是铝。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理室，其中所述面向等离子体元件由包含金刚砂(SiC)的材料制成。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理室，其中所述等离子体处理室是感应耦合等离子体处理室。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理室，其中所述面向等离子体元件是围绕所述等离子体的至少一部分设置的大致为圆柱状的结构。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理室，其中所述面向等离子体元件是围绕所述等离子体的至少一部分设置的大致为圆柱状的结构，其中所述RF滤波器装置包括多个电容器，所述多个电容器设置在所述面向等离子体元件和所述接地端子之间的多个电流通路中，所述多个电流通路与所述第一电流通路并联。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理室，其中所述多个电容器被设置为使得其相对于所述面向等离子体元件的至少一个表面改进所述面向等离子体元件的电容接地分布。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理室，其中所述面向等离子体元件是室壁、等离子体屏蔽物、聚焦环、热边缘环、气体喷嘴、和室衬垫之一。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理室，其中所述等离子体处理室是电容耦合等离子体处理室，且所述面向等离子体元件是顶部电极。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理室，其中所述接地装置包括多个电阻电路，具有不同阻值；以及一个切换装置，用于选择所述多个电阻电路之一作为所述第一电阻电路使用。
12.一种接地装置，用于基本上消除与等离子体处理室相关的面向等离子体元件和等离子体处理室内的等离子体之间的电弧，所述等离子体存在于处理基片以在其上形成的电子元件的过程中，所述面向等离子体元件具有在所述处理过程中面向所述等离子体的面向等离子体表面，所述面向等离子体元件与接地端子电绝缘，所述接地装置包含电阻电路，当所述接地装置连接到所述面向等离子体元件和所述接地端子时，所述电阻电路被设置在所述面向等离子体元件和所述接地端子之间的第一电流通路内，其中，选择所述电阻电路的电阻值，以基本消除在处理所述基片期间所述等离子体和所述面向等离子体元件之间的电弧。
13.根据权利要求12所述的接地装置，进一步包含RF滤波器装置，当所述接地装置连接到所述面向等离子体元件和所述接地端子时，所述RF滤波器装置被设置在所述面向等离子体元件和所述接地端子之间的至少一个其它电流通路内，其中，选择所述接地装置的电容值，以减小由所述面向等离子体元件造成的RF辐射。
14.根据权利要求12所述的接地装置，其中所述等离子体处理室是感应耦合等离子体处理室。
15.根据权利要求14所述的接地装置，其中所述电阻电路的电阻值在约1KΩ和约100MΩ之间。
16.根据权利要求15所述的接地装置，其中所述RF滤波器的电容值在约1pF和约100nF之间。
17.根据权利要求14所述的接地装置，其中所述电阻电路的电阻值在约100KΩ和约1MΩ之间。
18.根据权利要求17所述的接地装置，其中所述RF滤波器的电容值在约1nF和约10nF之间。
19.根据权利要求12所述的接地装置，其中所述接地装置适于通过使用螺钉和螺栓之一连接到所述面向等离子体元件。
20.根据权利要求12所述的接地装置，其中所述面向等离子体元件是室壁、等离子体屏蔽物、聚焦环、热边缘环、气体喷嘴和室衬垫之一。
21.根据权利要求12所述的接地装置，其中所述等离子体处理室是电容耦合等离子体处理室，且所述面向等离子体元件是顶部电极。
全文摘要
本发明披露了一种用于处理基片以在其上形成电子元件的等离子体处理室。该等离子体处理室包括具有在基片处理过程中面向等离子体处理室内的等离子体的面向等离子体的表面的面向等离子体元件。该面向等离子体元件与接地端子电绝缘。该等离子体处理室还包括连接到面向等离子体元件的接地装置，该接地装置包括设置在面向等离子体元件和接地端子之间的第一电流通路内的第一电阻电路。该接地装置还包括设置在面向等离子体元件和接地端子之间的至少其它一个电流通路内的RF滤波器装置，其中，选择第一电阻电路的阻抗值，以基本上消除在基片处理过程中等离子体和面向等离子体元件之间的电弧。
文档编号H01J37/32GK1653580SQ03810377
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月1日 优先权日2002年5月6日
发明者阿瑟·M·霍瓦尔德, 安德拉斯·库蒂, 安德鲁三世·D·贝利, 布彻·伯尼 申请人:朗姆研究公司