通过室部件引入处理流体的方法和系统的制作方法

专利名称：通过室部件引入处理流体的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过室部件引入处理流体的方法和系统，并且更具休而 言，涉及通过室部件将处理流体引入处理系统的方法和系统。
背景技术：
在半导体工业的集成电路(ic)制造中，通常使用等离子体来在处理 室中创建和辅助对于从衬底去除材料和在衬底上沉积材料所必需的表面化 学。 一般来说，在真空条件下通过在电场的存在下将电子加热到足以维持 与被供应的处理气体的电离碰撞的能量，在处理室内形成等离子体。而 且，经加热的电子可以具有足以维持解离碰撞的能量，因此，在预定条件 (例如，室压、气体流率等)下的一组特定气体被选择来产生适于在室内 执行的特定工艺(例如，将材料从衬底去除的刻蚀工艺或者将材料添加到 衬底的沉积工艺)的带电物质和化学活性物质。在半导体制造中，存在多种用于创建等离子体的技术，包括但不限于，电容耦合等离子体(CCP) 系统、电感耦合等离子体(ICP)系统、电子回旋共振(ECR)等离子系 统、螺旋波等离子体系统、表面波等离子体系统、狭缝平面天线(SPA) 等离子体系统等。等离子体由被工艺的处理气体与以射频(RF)或微波光 谱频率传播的电磁(EM)场的相互作用来形成。所有这些系统的共同之 处在于，使用电场可以通过其或存在于其中的电介质构件。此外，理想的 是，通过这些电介质构件引入处理气体，同时避免这些电介质构件内的电 击穿或放电。发明内容本发明涉及通过室部件引入处理流体的方法和系统。此外，提供了通 过室部件将处理流体引入等离子体处理系统的方法和系统。此外，提供了用于通过电介质构件引入处理流体的方法和系统。此 外，提供了用于在电场的存在下通过电介质构件引入处理流体的方法和系统。根据一个实施例，描述了用于通过室构件将处理流体引入处理系统的 方法和系统。该室部件包括室元件，所述室元件包括处于所述室元件的供 应侧的第一表面和处于所述室元件的处理侧的第二表面，所述处理侧与所 述供应侧相反。此外，所述所述室部件包括螺旋通道，所述螺旋通道穿过 所述室元件从所述供应侧延伸到所述处理侧，所述螺旋通道包括构造来接 收处理流体的入口和构造来分配所述处理流体的出口 。根据另一个实施例，描述了一种制造穿过室元件的通道的方法，包 括形成穿过所述室元件的从室元件的供应侧延伸到室元件的处理侧的开 口，其中该开口具有内表面；形成插入元件，所述插入元件具有被构造成 与所述开口的所述内表面匹配的外表面；在所述插入元件的所述外表面中 形成一个或多个沟槽，使得所述一个或多个沟槽中的每一个包括形成所述供应侧的入口和形成在所述处理侧的出口 ；以及将所述插入元件插入到所述室元件的所述开口中。根据另一个实施例，描述了一种处理系统，包括处理室，其包括处 理空间；处理气体供应系统，其与所述处理室流体连通并且被构造来将处 理气体流引入所述处理室；气体分配系统，其耦合到所述处理室并且被构 造来通过入口接收所述处理气体流并将所述处理气体流分配在所述处理空 间中，其中，所述气体分配系统包括耦合到所述入口的气体注入装置，并 且，所述气体注入装置包括从入口端延伸到出口端的螺旋通道；夹持器， 其耦合到所述处理室，并被构造来在支撑所述处理室中的衬底，以将所述 衬底暴露至所述处理气体；以及真空泵系统，其耦合到所述处理室，并被 构造来抽空所述处理室。


在附图中图1A-1C示出了用于图案刻蚀薄膜的过程的示意图；图2示出了根据一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图3示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图4示出了根据另 一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图5示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图6示出了根据另 一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图7示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图；图8A， 8B和8C示出了根据一个实施例的气体分配开口和制造该丌 口的方法；图9A， 9B和9C示出了根据另一个实施例的气体分配开口和制造该 开口的方法；图IOA示出了根据另一个实施例的气体分配开口；图IOB和IOC示出了根据另一个实施例的气体分配开口；图IIA和IIB示出了根据另一个实施例的气体分配系统；图12示出了根据另一个实施例的气体分配系统；图13示出了根据另一个实施例的气体分配系统；以及图14示出了根据另一个实施例的制造气体分配开口的方法。
具体实施方式
在下面的描述中，为了帮助对本发明的完全理解并且出于说明而非限 制的目的，给出了特定的细节，例如等离子体处理系统的具体几何形状以 及系统部件的各种描述。然而，应当理解，利用脱离了这些特定细节的其 他实施例也可以实施本发明。在材料处理方法中，等离子体常常被用于在衬底上创建和辅助表面化 学，以促进从衬底去除材料或者促进成膜反应以在衬底上沉积材料。在衬 底刻蚀过程中，等离子体可被用于创建适于与衬底表面上的特定材料反应 的反应性化学物质。此外，在衬底刻蚀过程中，等离子体可被用于创建带 电物质，带电物质可用于将能量传递到衬底上的表面反应。 、根据一个实施例，图案刻蚀包括将光敏材料(诸如光刻胶)薄层施加 到衬底的上表面，随后将其图案化以提供掩模，所述掩模用于在刻蚀过程中将此图案转移到衬底上的下方薄膜。光敏材料的图案化一般包括利用例 如微光刻系统将光敏材料暴露于电磁(EM)辐射的几何图案，此后利用 显影溶剂去除光敏材料的被辐射区域(在正型光刻胶的情况下)或未辐射 区域(在负型光刻胶的情况下)。
仍然参考该示例，如图1A-1C所示，包括具有图案2的光敏层3 (诸 如图案化的光刻胶)的掩模可被用于将特征图案转移到衬底5上的诸如薄 膜4的材料(例如，多晶硅层)中。图案2利用例如等离子体辅助刻蚀被 转移到薄膜4，以形成特征6 (诸如栅极结构)，在刻蚀完成后，掩模3 被去除。
通常，等离子体辅助刻蚀工艺包括使用腐蚀性处理气体，诸如含卤气 体(例如，HF、 HC1、 HBr、 Cl2、 NF3、 CxFy、 CxFyHz等)。而且，在等 离子体的存在下使用这样的气体导致高活性的化学物质，该化学物质反过 来可能攻击和腐蚀室表面。因此，等离子体处理系统常常由耐腐蚀的厚室 构件保护，或者当被腐蚀时不会提供对在衬底上发生的处理有害的化学物 质。此外，在形成等离子体的过程中，必须通过室构件耦合EM功率，因 此， 一些室构件可能包括电介质材料。
根据一个实施例，图2所示的等离子体处理系统la包括等离子体处理 室10，将被处理的衬底25固定在其上的衬底夹持器20，以及真空泵系 统。衬底25可以是半导体衬底、晶片、平板显示器或液晶显示器。等离 子体处理室10可以被构造成适用于在衬底25表面附近的处理区域45中产 生等离子体。可电离气体或者处理气体的混合物经由气体分配系统40引 入，所述气体分配系统40被构造成减小或最小化向衬底25引入的污染 物。对于给定的处理气体流量，利用真空泵系统50调节处理压强。等离 子体可以用于产生特异于预定的材料处理的材料，和/或辅助从衬底25的 暴露表面去除材料。等离子体处理系统la可被配置为处理任何尺寸的衬底 在，诸如200mm衬底、300mm衬底或更大尺寸的衬底。
衬底25经由诸如机械夹紧系统或电夹紧系统(例如静电夹紧系统) 的夹紧系统28固定到衬底夹持器20。此外，衬底夹持器20可以包括包含 加热系统(未示出)或冷却系统(未示出)，其被构造来调节和/或控制衬底夹持器20和衬底25的温度。加热系统或冷却系统可以包括再循环流传
热流体，在冷却时，所述传热流体接收来自衬底夹持器20的热量并将热
量传递到热交换器系统(未示出)，或者在加热时将热量从热交换器系统
传递到衬底夹持器20。在其他实施例中，诸如电阻性加热元件或热电加热 器/冷却器之类的加热/冷却元件可以被包括在衬底夹持器20以及等离子体 处理室10的室壁和等离子体处理系统la内的任何其它部件中。
此外，传热气体可以经由背面气体供应系统26传输到衬底25的背 面，以提高衬底25和衬底夹持器20之间的气体间隙热导率。该系统被用 在当需要对衬底进行温度控制以升高或降低温度时。例如，背面气体供应 系统可以包括两区气体分配系统，其中氦气气隙压强可以在衬底25的中 心和边缘之间独立地变化。
.在图2所示的实施例中，衬底夹持器20可包括电极，射频(RF)功 率通过该电极耦合到处理区域45中的处理等离子体。例如，衬底夹持器 20可以经由从RF发生器30通过可选的阻抗匹配网络32传输到衬底夹持 器20的RF功率电偏置在一定的RF电压下。RF偏置可以用于加热电子， 以形成和维持等离子体。在此构造中，系统可以充当反应性离子刻蚀 (RIE)反应器，其中室和上部气体注入电极充当地表面。RF偏置的一般 频率范围可以从约O.lMHz到约lOOMHz。用于等离子体处理的RF系统对 于本领域技术人员来说是公知的。
或者，RF功率被以多个频率施加到衬底夹持器电极。此外，阻抗匹 配网络32可以通过减少反射功率来改善RF功率到等离子体处理室10中 的等离子体的传送。匹配网络拓扑(例如，L型、；r型、T型等)和自动控 制方法对于本领域技术人员来说是公知的。
真空泵系统50可以包括泵速能高达约5000公升每秒(以及更大)的 涡轮分子真空泵(TMP)和用于节流室压强的门阀。在用于干法等离子体 刻蚀的传统等离子体处理设备中，采用1000到3000公升每秒的TMP。 TMP可用于一般小于约50mTorr的低压处理。对于高压处理(即，大于约 100mTorr)，使用机械增压泵和干法粗抽泵。此外，用于监视室压强的装 置(未示出)可以耦合到等离子体处理室10。压强测量装置可以例如是可以从MKS Instruments Inc. (Andover, MA)购得的628B型Baratron绝对电
容压力计。
控制器55包括微处理器、存储器和能够生成控制电压的数字I/O端 口，该控制电压足以传输并激活到等离子体处理系统la的输入以及监视来 自等离子体处理系统la的输出。而且，控制器55耦合到RF发生器30、 阻抗匹配网络32、气体分配系统40、真空泵系统50、衬底加热/冷却系统 (未示出)、背面气体供应系统26和/或夹紧系统28，并与之交换信息。 例如，存储在存储器中的程序可用于根据存储的工艺流程激活到等离子体 处理系统la的前述部件的输入，以对衬底25执行等离子体辅助的工艺。 控制器55的一个示例是可以从Dell Corporation, Austin, Texas购得的 DELL PRECISION WORKSTATION 610 。。
控制器55可以相对于等离子体处理系统la位于本地，或者可以相对 于等离子体处理系统la位于远处。例如，控制器55可以利用直接连接、 内联网和/或因特网与等离子体处理系统la交换数据。控制器55可以耦合 到例如在客户位置(即，器件制造者等)处的内联网，或者可以耦合到例 如在供应商位置(即，设备制造商)处的内联网。或者或另外，控制器55 可以耦合到因特网。此外，另一个计算机(即，控制器、服务器等)可以 经由直接连接、内联网和/或因特网访问控制器55以交换数据。
在图3所示的实施例中，等离子体处理系统lb可以与图2的实施例相 似，并且除了参考图2所述的部件之外，还包括固定或者机械或电旋转磁 场系统60，以潜在地增大等离子体密度和/或提高等离子体处理均匀性。 而且，控制器55可以耦合到磁场系统60以调控旋转速度和场强。旋转磁 场的设计和实施是本领域技术人员公知的。
在图4所示的实施例中，等离子体处理系统lc可以与图2或图3的实 施例相似，并且还可以包括上电极70，射频功率可以通过可选的阻抗匹配 网络74从RF发生器72耦合到该上电极70。用于向上电极施加RF功率 的频率范围可以从约O.l MHz到约200 MHz。此外，将功率施加到下电极 的频率范围可以从约0.1 MHz到约100 MHz。而且，控制器55耦合到RF 发生器72和阻抗匹配网络74，以控制RF功率到上电极70的施加。上电极70的设计和实施是本领域技术人员公知的。如图所示，上电极70和气 体分配系统40可以被设计在同一室组件中。
在图5所示的实施例中，等离子体处理系统ld可以与图2和图3的实 施例相似，并且还可以包括电感线圈80， RF功率经由RF发生器82通过 阻抗匹配网络84耦合到该电感线圈80。 RF功率电感性地从电感线圈80 通过电介质窗口 (未示出)耦合到等离子体处理区域45。用于向电感线圈 80施加RF功率的频率范围可以从约10 MHz到约100 MHz。类似地，用 于向卡盘电极施加功率的频率范围可以从约0.1 MHz到约100MHz。此 外，缝隙Faraday屏蔽罩(未示出)可以用于减少电感线圈80和等离子体 之间的电容性耦合。而且，控制器55耦合到RF发生器82和阻抗匹配网 络84以控制向电感线圈80施加功率的操作。
在另一个实施例中，如图6所示，等离子体处理系统le可以与图5的 实施例相似，并如同在变压器耦合等离子体(TCP)反应器中那样，可以 还包括作为从上方与等离子体处理区域45通信的"螺旋"线圈或"扁平" 线圈的电感线圈80'。电感耦合等离子体(ICP)源或者变压器耦合等离子 体(TCP)源的设计和实施是本领域技术人员公知的。
或者，等离子体可以利用电子回旋共振(ECR)来形成。在另一个实 施例中，等离子体由发射螺旋波来形成。在另一个实施例中，等离子体由 传播的表面波来形成。上述的每一种等离子体源对于本领域技术人员是公 知的。
在图7所示的实施例中，等离子体处理系统lf可以与图2和图3的实 施例相似，并且还可以包括表面波等离子体(SWP)源80"。 SWP源80" 可以包括诸如径向线缝隙天线(RLSA)之类的缝隙天线，微波功率经微 波发生器82'通过可选的阻抗匹配网络84'耦合到该缝隙天线。
在下面的讨论中，描述气体分配系统，其用于通过形成在室元件中的 气体注入装置将处理气体引入到处理系统。气体分配系统可以例如用于 (如标记40所示)图2到图7所述的等离子体处理系统中的任意一个，或 者用于具有图2到图5的系统中的特征的任意组合的等离子体处理系统。 此外，该气体分配系统可以例如用于任何需要通过室元件引入处理气体的衬底处理系统。
现在参考图8A， 8B和8C，描述根据一个实施例的流体分配系统200 和制造流体分配系统200的方法。流体分配系统200被构造成耦合到处理 室，并且从处理流体供应系统接收处理流体流，并将处理流体流分配到处 理室中。例如，处理流体可以包括气体、液体或者多相流体，包括悬浮在 液体中的固定材料(浆液)、悬浮在气体中的固体材料或者悬浮在液体中 的气体材料。或者，例如，处理流体可以包括固体粉末。
流体分配系统200包括室元件210，该室元件210包括处于室元件 210的供应侧的第一表面和处于室元件210的处理侧的第二表面，其中， 所述处理侧与所述供应侧相反。室元件210包括具有内表面212的开口 220，所述开口 220从供应侧到处理侧穿过室元件210形成。开口 220可以 利用任何常规的加工工艺来形成。室元件210可以由导体材料、非导体材 料或者半导体材料形成。例如，室元件210可以由金属或者金属合金(诸 如铝或者铝合金)来制造。此外，室元件210可以包括形成在其表面上的 保护性涂层。例如，涂层可以包括陶瓷涂层或者表面阳极化。室元件210 可以由石英、硅、单晶硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳、玻璃态碳、氧 化铝、蓝宝石、氮化铝等制造。
此外，流体分配系统200包括被构造成插入开口 220中的插入元件 230。插入元件230包括形成在插入元件230的外表面中的沟槽232，沟槽 232沿螺旋路径从处于室元件210的第一侧的插入元件230的入口端234 延伸到处于室元件210的第二侧的插入元件230的出口端236。沟槽232 可以利用车床和切削刀头刻划在插入元件230的外表面中，或者其可以利 用旋转切削刀头来刻划。插入元件230可以由与室元件210相同的材料制 成，或者插入元件230可以由与室元件210不同的材料制成。
如图8B中的标号238所示， 一旦沟槽232被形成在插入元件230的 外表面上，插入元件230将被插入室元件210的开口 220中，以形成气体 注入装置240，所述气体注入装置240具有从室元件210的供应侧延伸到 室元件210的处理侧的螺旋通道。插入元件230可以通过如下方式由室元 件210保持将插入元件230熔接在室元件210的开口 220中、将插入元件230压配到室元件210的开口 220中、将插入元件230热装配在室元件 210的开口 220中、将插入元件230焊接在室元件210的开口 220中、将 插入元件230钎焊在室元件210的开口 220中或将插入元件230机械夹紧 在室元件210的开口 220中，或者上述两种或多种方式的组合。
例如，室元件210和插入元件230可以由石英制造，并且粘结剂可以 包括石英釉料。为了制造石英釉料，用掺杂剂来代替基体石英，以降低其 熔点。此后，石英釉料可以被悬浮在诸如丙酮的溶剂中，并且利用喷涂设 备和掩模技术施加到室元件210和插入元件230的结合表面。 一旦釉料涂 料被施加到结合表面，室元件210和插入元件230在窑炉中在机械压力下 被结合在一起，并且在足以熔融釉料的温度下烧制。石英熔接工艺对于石 英加工领域中的普通技术人员是公知的。
在此示例性实施例中，插入元件230的横截面被示为圆形的或者基本 为圆形的。但是，横截面可以具有任何的其它形状。例如，横截面可以是 扁圆形的、三角形的、正方形、矩形或者任何多边形形状。并且，在此示 例性实施例中，沟槽232的螺旋路径被示为围绕从供应侧到处理侧延伸的 轴线至少一周(沿插入元件230的外表面360度旋绕)，并且在此情况 下，围绕了多周。但是，沟槽232的螺旋路径可以基本围绕一周，或者多 于一周(例如，多周)或者小于一周(小于360度旋绕)。例如，小于一 周的情况可以包括沿多边形横截面的一个侧面或者一个侧面的一部分延伸 的路径。或者，沟槽232的路径可以是直的。
此外，室元件210或插入元件230或者这两者可以包括对准特征，所 述对准特征被构造来与室元件210或插入元件230上的对应特征匹配，以 便保证插入元件230在室元件210内的精确对准。
虽然一个沟槽232被示于图8A到图8C中，但是多个沟槽可以被形成 在插入元件230的外表面中，每一个沟槽彼此独立。此外，多个沟槽中的 每一个沟槽可以被构造成在插入元件230的出口端236具有不同的出口角 度。此外，多个沟槽中的每一个可以被构造成在插入元件230的螺旋路径 的出口端236或入口端234或沿长度的任何位置处具有不同的尺寸、直径 或横截面的横向尺寸。此外，多个沟槽中的每一个可以被构造成具有不同的螺旋横向尺寸。
沟槽232的直径或者横截面横向尺寸的范围可以从约5微米到约5毫 米。或者，沟槽232的直径或者横向尺寸的范围可以从约10微米到约3毫 米。或者，沟槽232的直径或者横向尺寸的范围可以从约50微米到约2毫 米。例如，直径或者横向尺寸可以为约50微米或约l毫米或约2毫米。
根据另一个实施例，插入元件230可以被形成在另一个插入元件(其 可以被形成在另一个插入元件等内)。插入元件230可以与或可以不与另 一插入元件同心。插入元件230被形成在其中的另一插入元件也可以包括 一个或者多个形成在其外表面上的螺旋沟槽。
现在参考图9A， 9B和9C，描述根据一个实施例的流体分配系统300 和制造流体分配系统300的方法。流体分配系统300被构造成耦合到处理 室，并且从处理流体供应系统接收处理流体流，并将处理流体流分配到处 理室中。例如，处理流体可以包括气体、液体或者多相流体，包括悬浮在 液体中的固定材料(浆液)、悬浮在气体中的固体材料或者悬浮在液体中 的气体材料。或者，例如，处理流体可以包括固体粉末。
流体分配系统300包括室元件310，该室元件310包括处于室元件 310的供应侧的第一表面和处于室元件310的处理侧的第二表面，其中， 所述处理侧与所述供应侧相反。室元件310包括具有形成一定形状的内表 面312的开口 320，所述开口 320从供应侧到处理侧穿过室元件310形 成。例如，形成一定形状的内表面312可以包括锥形内表面。或者，形成 一定形状的内表面312可以包括台阶形表面、凹形表面或凸形表面，或其 组合。开口 320可以利用任何常规的加工工艺来形成。室元件310可以由 导体材料、非导体材料或者半导体材料形成。例如，室元件310可以由金 属或者金属合金(诸如铝或者铝合金)来制造。此外，室元件310可以包 括形成在其表面上的保护性涂层。例如，涂层可以包括陶瓷涂层或者表面 阳极化。室元件310可以由石英、硅、单晶硅、多晶硅、氮化硅、碳化 硅、碳、玻璃态碳、氧化铝、蓝宝石、氮化铝等制造。
此外，流体分配系统300包括被构造成插入开口 320中的形成一定形 状的插入元件330。形成一定形状的插入元件330的外表面的形状可以被设计成与开口 320的形成一定形状的内表面的形状匹配。形成一定形状的
插入元件330包括形成在形成一定形状的插入元件330的外表面中的沟槽
332，沟槽332沿螺旋路径从处于室元件310的第一侧的形成一定形状的
插入元件330的入口端334延伸到处于室元件310的第二侧的形成一定形
状的插入元件330的出口端336。沟槽332可以利用车床和切削刀头刻划
在插入元件330的外表面中，或者其可以利用旋转切削刀头来刻划。形成
一定形状的插入元件330可以由与室元件310相同的材料制成，或者形成
一定形状的插入元件330可以由与室元件310不同的材料制成。
如图9B中的标号338所示， 一旦沟槽332被形成在形成一定形状的
插入元件330的外表面上，形成一定形状的插入元件330将被插入室元件
310的开口 320中，以形成气体注入装置340，所述气体注入装置340具有
从室元件310的供应侧延伸到室元件310的处理侧的螺旋通道。形成一定
形状的插入元件330可以通过如下方式由室元件310保持将室元件310
定向，使得开口 320的内表面312支撑形成一定形状的插入元件330。例
如，形成一定形状的插入元件330可以搁置在室元件310的开口 320中。
或者，形成一定形状的插入元件330可以通过如下方式被保持将形成一
定形状的插入元件330熔接在室元件310的开口 320中、将形成一定形状
的插入元件330焊接在室元件310的开口 320中、将形成一定形状的插入
元件330钎焊在室元件310的开口 320中或将形成一定形状的插入元件
330机械夹紧在室元件310的开口 320中，或者上述两种或多种方式的组 合。
例如，室元件310和形成一定形状的插入元件330可以由石英制造， 并且粘结剂可以包括石英釉料。为了制造石英釉料，用掺杂剂来代替基体 石英，以降低其熔点。此后，石英釉料可以被悬浮在诸如丙酮的溶剂中， 并且利用喷涂设备和掩模技术施加到室元件310和形成一定形状的插入元 件330的结合表面。 一旦釉料涂料被施加到结合表面，室元件310和形成 一定形状的插入元件330在窑炉中在机械压力下被结合在一起，并且在足 以熔融釉料的温度下烧制。石英熔接工艺对于石英加工领域中的普通技术 人员是公知的。在此示例性实施例中，形成一定形状的插入元件330的横截面被示为 圆形的或者基本为圆形的。但是，横截面可以具有任何的其它形状。例 如，横截面可以是扁圆形的、三角形的、正方形、矩形或者任何多边形形
状。并且，在此示例性实施例中，沟槽332的螺旋路径被示为围绕从供应 侧到处理侧延伸的轴线至少一周(沿形成一定形状的插入元件330的外表 面360度旋绕)，并且在此情况下，围绕了多周。但是，沟槽332的螺旋 路径可以基本围绕一周，或者多于一周(例如，多周)或者小于一周(小 于360度旋绕)。例如，小于一周的情况可以包括沿多边形横截面的一-个 侧面或者一个侧面的一部分延伸的路径。
此外，室元件310或形成一定形状的插入元件330或者这两者可以包 括对准特征，所述对准特征被构造来与室元件310或形成一定形状的插入 元件330上的对应特征匹配，以便保证插入元件330在室元件310内的精 确对准。
虽然一个沟槽332被示于图9A到图9C中，但是多个沟槽可以被形成 在形成一定形状的插入元件330的外表面中，每一个沟槽彼此独立。此 外，多个沟槽中的每一个沟槽可以被构造成在插入元件330的出口端336 具有不同的出口角度。此外，多个沟槽中的每一个可以被构造成在插入元 件330的螺旋路径的出口端336或入口端334或沿长度的任何位置处具有 不同的尺寸、直径或横截面的横向尺寸。此外，多个沟槽中的每一个可以 被构造成具有不同的螺旋横向尺寸。
沟槽332的直径或者横截面横向尺寸的范围可以从约5微米到约5毫 米。或者，沟槽332的直径或者横向尺寸的范围可以从约10微米到约3毫 米。或者，沟槽332的直径或者横向尺寸的范围可以从约50微米到约2毫 米。例如，直径或者横向尺寸可以为约50微米或约l毫米或约2毫米。
根据另一个实施例，插入元件330可以被形成在另一个插入元件(其 可以被形成在另一个插入元件等内)。插入元件330可以与或可以不与另 一插入元件同心。插入元件330被形成在其中的另一插入元件也可以包括 一个或者多个形成在其外表面上的螺旋沟槽。
虽然在图8A、 8B、 8C、 9A、 9B、 9C中，室元件210(或310)被示为具有单个气体注入装置240 (340)，但是，室元件210(或310)可以包括 多个气体注入装置。此外，多个气体注入装置可以以各种密度方式分布在 室元件上。例如，较多的气体注入装置可以被形成在室元件的中心附近， 较少的气体注入装置可以被形成在室元件的外周附近。或者，例如，较多 的气体注入装置可以被形成在室元件的外周附近，较少的气体注入装置可 以被形成在室元件的中心附近。此外，在一个气体注入装置中或者根据室 元件上的气体注入装置的位置在一个气体注入装置与另一个气体注入装置 之间，沟槽或者多个沟槽的尺寸可以变化。例如，在室元件的中心附近可 以形成较大的沟槽，在室元件的外周附近可以形成较小的沟槽。或者，例 如，在室元件的中心附近可以形成较小的沟槽，在室元件的外周附近可以 形成较大的沟槽。
现在参考图IOA，描述根据另一个实施例的气体分配系统400。气体 分配系统400包括具有气体注入装置440的室元件410，该气体注入装置 440被结合到穿过室元件410形成的开口，其中，所述流体分配系统400 被构造成耦合到处理室部件405，并且从处理流体供应系统接收处理流体 流，并将处理流体流分配到处理室中。室元件410是处理室部件405中的 可插入和可拆卸元件。
气体分配系统400包括形成一定形状的外表面，该外表面被构造成与 形成在处理室部件405中的开口的内表面匹配。如果室元件410是可插入 和可拆卸元件，则因为不需要更换整个处理室部件405，操作者可以更容 易地并且以更低的成本拆卸和更换室元件410。
现在参考图10B和IOC，描述根据另一个实施例的气体分配系统 450。气体分配系统450包括被构造成耦合到处理室的室元件460，室元件 460具有第一气体注入装置462，该第一气体注入装置462形成在第二气 体注入装置464中，该第二气体注入装置464被结合到穿过室元件460形 成的开口。第一气体注入装置462和第二气体注入装置464从处理流体供 应系统接收处理流体流，并将处理流体流分配到处理室中。第一气体注入 装置462和第二气体注入装置464可以是同心的，或者它们可以是不同心 的。现在参考图]1A和IIB，描述根据一个实施例的流体分配系统500。
流体分配系统500被构造成耦合到处理室，并且从处理流体供应系统通过 气体供应入口 510接收处理流体流，并将增压空间532内的处理流体流分 配到多个与处理室的处理空间流体连通的开口 538。此外，气体分配系统 500包括位于气体分配系统500的入口 510处的气体注入装置520，其中， 气体注入装置520可以被构造成将处理气体流的动量扩散到增压空间532 中，使得处理气体以减小增压空间压力的非均匀性的方式分配到多个开口 538中的每一个。此外，气体注入装置520可以被构造成防止或者减小通 过气体注入装置520的处理气体流的发生放电的可能性。
如图IIA所示，气体分配系统500可以包括上部组件540，上部组件 540被构造成耦合到处理室。上部组件540可以或者可以不包括电极组 件。如图2， 3和5所示，上部组件540可以耦合到电接地，或者如图4和 6所示，上部组件540可以耦合到电源。上部组件540可以包括电极组 件，所述电极组件具有第一板542和第二板544，气体供应入口 510穿过 第一板542形成，第二板544耦合到第一板542,其中第一板542和第二 板544的组合被构造成将气体注入装置520保持在形成在第二板544中的 支撑架548和第一板542的表面546之间。诸如弹性体O形圈之类的真空 密封装置可以用于在第一板542、第二板544和气体注入装置520之间提 供真空密封。或者，包括气体注入装置520在内的上部组件540可以包括 单件构件。
此外，气体分配系统500包括气体注入系统530，所述气体注入系统 530耦合到上部组件540，并被构造成接收来自气体注入装置520的处理 气体流。气体注入系统530包括壳体534和耦合到壳体534的气体分配板 536，其中气体分配板536包括多个开口 538，所述多个开口 538有利于处 理气体从增压空间532到处理室中的处理空间的均匀流动。
如图11B所示，气体注入装置520包括盖体529，盖体529被构造成 由第二板544中的支撑架保持，并且气体注入装置520还包括扩散器入 口 522，其被构造成与气体供应入口 510耦合；扩散器出口 524，其被构 造成与气体注入系统530中的增压空间532耦合；以及螺旋通道526，其从扩散器入口 522延伸到扩散器出口 524。螺旋通道526可以包括以上述 方式形成的通道。
气体分配板536中的多个开口 538的数量可以从1个到大约IOOO个， 并且理想地，其数量可以从约IO个到约100个。气体分配板536可以设计 有多个开口 538，每一个开口的直径从约0.5毫米到约IO毫米，并且理想 地，从约0.5毫米到约2毫米。或者，气体分配板536可以设计有多个开 口 538，每一个开口的长度从约l毫米到约20毫米，并且理想地，从约1 毫米到约3毫米。
通过使用气体注入装置520，增压空间532中的特别是扩散器出口 524附近的压强变化可以被减小，并且可以缓解通过多个开口 538的处理 气体的不均匀流量的趋势。而且，例如，处理气体以一定角度进入增压空 间532，因此，使得处理气体在进入增压空间532时具有一定的横向速 度，并且允许处理气体在整个增压空间532横向分散。此外，增压空间高 度可以被减小，并且可以省略在增压空间532的入口平面和气体分配板 536之间所常规使用的位于增压空间532内的折流板，因此允许减小气体 注入系统530的整体厚度。气体注入系统530可以由电介质材料制造。增 压空间高度可以被设计为小于约5毫米，并且理想地，增压空间高度可以 被设计为小于约3毫米。
包括上部组件540、气体注入装置520和气体注入系统530在内的气 体分配系统500可以由诸如铝或者阳极化铝的金属或者陶瓷制成。这些部 件中的任意一个可以由石英、硅、单晶硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、 碳、氧化铝、氮化铝、蓝宝石、碳、玻璃态碳等制造，或者由上述中的两 者或者更多者的任意组合制造。此外，这些部件中的任意一个(诸如这些 部件的内表面)可以涂覆陶瓷材料(诸如氧化铝或氧化钇)。例如，这些 部件中的任意一个(诸如这些部件的内表面)可以涂覆包括A1203、 Sc203、 Sc2F3、 YF3、 La203、 Y203或Dy203的材料。或者，这些表面可以 涂覆第III族元素。
在一个实施例中，上部组件540由经表面阳极化或未经表面阳极化的 铝制造。上部组件540可以充当电极组件，并且其可以耦合到诸如射频(RF)功率源的电源。气体注入系统530可以由诸如石英的电介质材料制
造，以便允许RF功率从上部组件540通过气体注入系统530耦合到处理 空间中的处理气体。此外，气体注入装置520可以由诸如石英的电介质材 料制造。当处理气体包含诸如HBr、 Cl2、 NF3等的腐蚀性气体时，气体注 入装置520和气体注入系统530可以由石英制造，以使得对处理室中的衬 底的污染最小化。
现在参考图12，描述根据另一个实施例的形成在表面波等离子体 (SWP)源630中的气体分配系统620。 SWP源630被构造成耦合到处理 室，并且气体分配系统620被构造成从处理流体供应系统接收处理流体 流，并将处理流体流分配到处理室中的处理空间中。如图12所示，等离 子体源630包括诸如径向线缝隙天线(RLSA)之类的缝隙天线。 .缝隙天线包括具有内导体640、外导体642和绝缘641的同轴馈送机 构638。另外，等离子体源630包括电磁(EM)波发射器643，电磁波发 射器643包括慢波片644、具有缝隙648的缝隙天线646和谐振片650。缝 隙数目、缝隙的几何形状、缝隙尺寸和缝隙的分布都是可以对处理室中形 成的等离子体的空间均匀性产生影响的因素。例如，谐振片650的实际尺 寸(即，厚度和直径)可以被数值地计算。
波发射器643包括被配置为将微波功率辐射到处理室中的微波发射 器。微波发射器可以耦合到微波源，例如2.45GHz微波功率源，其中微波 功率经由同轴馈送机构638耦合到微波发射器。由微波源生成的微波能量 通过波导(未示出)被引导到隔离器(未示出)以吸收被反射回微波振荡 器的微波能量，其后其经由同轴转换器(未示出)转换为同轴TEM模 式。可以采用调谐器来进行阻抗匹配，并且改进功率传送。微波能量经由 同轴馈送机构638耦合到微波发射器，其中发生另一模式改变，即从同轴 馈送机构638中的TEM模式变为TM模式。
仍然参考图12，等离子体源630耦合到处理室，其中利用密封装置 654可以在室壁652和等离子体源630之间形成真空密封。密封装置654 可包括弹性体O形环。等离子体源630可以包括一个或者多个冷却通道 656，用于调节和/或控制等离子体源630的温度。通常，同轴馈送机构638的内导体640和外导体642包括诸如金属之 类的导体材料，而慢波片644和谐振片650包括电介质材料。在后者中， 慢波片644和谐振片650包括相同材料。或者，慢波片644和谐振片650 包括不同材料。介电材料可例如包括石英。
被选择用于制造慢波片644和谐振片650的材料要能相对于自由空间 波长减小传播的电磁(EM)波的波长，并且选择慢波片644和谐振片650 的尺寸来确保形成驻波，该驻波有效地使EM能量辐射到处理室中。
仍然参考图12，气体分配系统620包括穿过内导体640形成的入口 658以及穿过谐振片650形成的气体注入装置655。气体注入装置655包括 入口端，该入口端被构造来耦合到入口 658并且通过其接收处理气体流。 气体注入装置655可以利用上述技术中的任意一种被制造在谐振片650 中。
如图12所示，可以使用一个气体注入装置655。但是，也可以在谐振 片650中形成多个气体注入装置。此外，多个气体注入装置可以以不同的 密度方式分布在谐振片650上。气体注入装置655可以包括一个如图12所 示的具有螺旋路径的沟槽，或者气体注入装置655可以包括多个具有螺旋 路径的沟槽。多个沟槽中的每一个沟槽可以包括不同的入口角度。例如， 可以使用具有多个具有不同入口角度的沟槽的如图12所示的单个气体注 入装置655，来在整个处理室分配处理气体。
现在参考图13，描述根据另一个实施例的表面波等离子体(SWP)源 730。 SWP源730可以与图12的实施例类似，其中相似的标号指示相应的 部件。SWP源730被构造成耦合到处理室，并且气体分配系统620被构造 成从处理流体供应系统接收处理流体流，并将处理流体流分配到处理室中 的处理空间中。如图13所示，等离子体源730包括诸如径向线缝隙天线 (RLSA)之类的缝隙天线。
如图13所示，SWP源730包括具有形成特定外形的表面760的成型 谐振片750。例如，形成特定外形的表面760可以被设计，以提高处理室 中的等离子体的空间均匀性。
现在参考图14，提供制造穿过室元件的螺旋通道的方法。该方法包括流程800，该流程800开始于810，形成穿过室元件的从室元件的供应侧
延伸到室元件的处理侧的开口，其中该开口具有内表面。室元件可以包括
图1到图13中所述的部件中的任何一个。
在820，形成插入元件，该插入元件具有被构造成与开口的内表面匹 配的外表面。
在830，在插入元件的外表面中形成一个或多个沟槽。该一个或多个
沟槽以如下方式形成沟槽中的每一个包括形成在室元件的供应侧的入口
和形成在室元件的处理侧的出口。该一个或者多个沟槽可以包括一个或多 个螺旋沟槽。
在840，插入元件被插入到室元件的开口中。
虽然上面仅仅详细描述了本发明的某些实施例，但是本领域技术人员 将容易理解，在实施例中可以进行许多改进，而不实质上偏离本发明的教 导和优点。因此，本发明的范围包括所有这些改进。
权利要求
1.一种室部件，其被构造来耦合到处理室，所述室部件包括室元件，所述室元件包括处于所述室元件的供应侧的第一表面和处于所述室元件的处理侧的第二表面，所述处理侧与所述供应侧相反；以及螺旋通道，所述螺旋通道穿过所述室元件从所述供应侧延伸到所述处理侧，所述螺旋通道包括构造来接收处理流体的入口和构造来分配所述处理流体的出口。
2. 如权利要求1所述的室部件，其中，所述螺旋通道被构造来传输处 理流体，所述处理流体包括气体、液体、固体粉末、悬浮在气体中的固 体、悬浮在液体中的固体或悬浮在液体中的气体，或者上述中的两者或更 多的组合。
3. 如权利要求1所述的室部件，其中，所述螺旋通道围绕从所述供应 侧向所述处理侧延伸的轴线基本一周，或者所述螺旋通道围绕从所述供应 侧向所述处理侧延伸的轴线超过一周，或者所述螺旋通道围绕从所述供应 侧向所述处理侧延伸的轴线少于一周，或者所述螺旋通道围绕从所述供应 侧向所述处理侧延伸的轴线多周。
4. 如权利要求1所述的室部件，其中，多个螺旋通道穿过所述室元件 从所述供应侧延伸到所述处理侧，所述多个螺旋通道中的每一个包括构造 来接收处理流体的入口和构造来分配所述处理流体的出口 。
5. 如权利要求4所述的室部件，其中，所述多个螺旋通道中的每一个 围绕从所述供应侧向所述处理侧延伸的基本相同的轴线形成。
6. 如权利要求4所述的室部件，其中，所述多个螺旋通道中的每一个包括不同的出口角度，或者所述多个螺旋通道中的每一个包括相同的出口 角度。
7. 如权利要求4所述的室部件，其中，所述多个螺旋通道中的每一个 包括不同的螺旋横向尺寸。
8. 如权利要求1所述的室部件，其中，所述室元件包括形成在供电射 频电极上或内的电介质构件，或者所述室元件包括狭缝平面天线上的谐振片。
9. 一种制造穿过室元件的通道的方法，包括形成穿过所述室元件的从室元件的供应侧延伸到室元件的处理侧的开 口，其中该开口具有内表面；形成插入元件，所述插入元件具有被构造成与所述开口的所述内表面 匹配的外表面；在所述插入元件的所述外表面中形成一个或多个沟槽，使得所述一个 或多个沟槽中的每一个包括形成所述供应侧的入口和形成在所述处理侧的 出口；以及将所述插入元件插入到所述室元件的所述开口中。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述形成所述开口包括形成具 有锥形内表面的锥形开口，并且所述插入包括将所述插入元件搁置在所述 室元件的所述锥形开口中，使得所述开口的所述锥形内表面支撑所述插入 元件的锥形外表面。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述在所述插入元件的所述外 表面中形成一个或者多个沟槽包括在所述插入元件的所述外表面中形成一 个或者多个螺旋沟槽。
12. 如权利要求9所述的方法，其中，所述将所述插入元件插入所述 室元件的所述开口中包括将所述插入元件压配到所述室元件中，或者将所 述插入元件热装配到所述室元件中，或者将所述插入元件熔接到所述室元 件中。
13. 如权利要求9所述的方法，其中，所述将所述插入元件插入所述 室元件的所述开口中包括将所述插入元件焊接或钎焊到所述室元件中。
14. 一种处理系统，包括 处理室，其包括处理空间；处理气体供应系统，其与所述处理室流体连通并且被构造来将处理气 体流引入所述处理室；气体分配系统，其耦合到所述处理室并且被构造来通过入口接收所述 处理气体流并将所述处理气体流分配在所述处理空间中，其中，所述气体分配系统包括耦合到所述入口的气体注入装置，并且，所述气体注入装置 包括从入口端延伸到出口端的螺旋通道；夹持器，其耦合到所述处理室，并被构造来在支撑所述处理室中的衬 底，以将所述衬底暴露至所述处理气体；以及真空泵系统，其耦合到所述处理室，并被构造来抽空所述处理室。
15. 如权利要求14所述的处理系统，其中，所述气体分配系统被构造 来通过所述入口接收所述处理气体流，并且通过所述气体分配系统在增压 空间内将所述处理气体流分配到多个开口 ，所述多个开口与所述处理空间 流体连通。
16. 如权利要求14所述的处理系统，还包括等离子体发生系统，其耦合到所述处理室并被构造来在所述处理空间 中由所述处理气体形成等离子体，其中所述气体分配系统形成在所述等离 子体发生系统上或所述等离子体发生系统中。
17. 如权利要求14所述的处理系统，还包括等离子体发生系统，其耦合到所述处理室并被构造来在所述处理空间 中由所述处理气体形成等离子体，其中所述等离子体发生系统是表面波等 离子体源，其包括功率耦合系统；以及电磁波发射器，其耦合到所述功率耦合系统并被构造来将来自所 述功率耦合系统的电磁能量辐射到所述处理空间，所述电磁波发射器 包括具有谐振片的狭缝平面天线， 其中，所述入口形成在所述狭缝平面天线中，以及 其中，所述气体注入装置穿过所述谐振片形成。
18. 如权利要求17所述的处理系统，其中，所述功率耦合系统包括微 波功率耦合系统，并且所述微波功率耦合系统包括构造来产生2.45GI-fe 微波能量的微波源；耦合到所述微波源的出口的波导；耦合到所述波导并 且构造来防止微波能量向回传播到所述微波源的隔离器；耦合到所述隔离 器并构造来将所述微波能量耦合到共轴馈送机构的同轴转换器，其中所述 共轴馈送机构还耦合到所述电磁波发射器。
19. 如权利要求18所述的处理系统，其中，所述功率耦合系统包括用 于将电磁能量耦合到所述电磁波发射器的共轴馈送机构，所述狭缝平面天 线包括耦合到所述共轴馈送机构的内导体的一端和耦合到所述共轴馈送机 构的外导体的另一端，其中，所述狭缝平面天线包括一个或者多个狭缝， 所述一个或者多个狭缝被构造来将所述电磁能量从所述内导体和所述外导 体之间的所述狭缝平面天线上方的第一区域耦合到所述狭缝平面天线下方 的第二区域中的所述谐振片。
20. 如权利要求19所述的处理系统，其中，所述入口穿过所述内导体 形成。
全文摘要
本发明描述了一种通过室部件引入处理流体的方法和系统。该室部件包括室元件，所述室元件包括处于所述室元件的供应侧的第一表面和处于所述室元件的处理侧的第二表面，所述处理侧与所述供应侧相反。此外，所述室部件包括螺旋通道，所述螺旋通道穿过所述室元件从所述供应侧延伸到所述处理侧，所述螺旋通道包括构造来接收处理流体的入口和构造来分配所述处理流体的出口。
文档编号H01J37/32GK101308775SQ20081009327
公开日2008年11月19日 申请日期2008年5月19日 优先权日2007年5月18日
发明者立 陈, 麦里特·法克 申请人:东京毅力科创株式会社