专利名称：具有改善的处理能力的新颖等离子体系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域一般涉及用于等离子体(plasma)装置的创新等离子体生 成，并具体地涉及用于包括薄膜(film )的清洗(cleaning )、蚀刻(etching )、 沉积、以及薄膜和结构的生长的基底处理的创新等离子体生成。
背景技术：
概要
典型的等离子体系统使用具有DC、 AC或RF电压的平行电极，以横跨 板(plate)生成等离子体来用于基底处理应用，所述应用包括清洗、蚀刻、 沉积以及结构的生长。电极之一 (典型地为底部的一个电极)在等离子体处 理期间用作基底固定器(holder)。典型地通过顶部电极来馈送在处理期间需 要的气体的组合(气体混合物)。为了使气体流动均匀、并减少反应物质 (reacted species )的等离子体驻留时间，淋浴头(shower head)结构被用于 气体混合物的分发。这意味着在顶部电极上存在用于形成淋浴头结构、以用 于气体流动均匀性的孔(aperture )。
对于使用平行板技术来进行等离子体生成的这个方案，存在多个问题， 包括
a) 由于在等离子体中生成的高能微粒碰撞顶部电极而导致电极的溅射 (sputter )，导致了电极的材料对基底的污染；
b) 影响缺陷密度和已处理基底的清洁度的淋浴头处的微粒生成；
c) 在淋浴头上或在其附近处的等离子体生成成分的沉积，所述沉积逐 渐沉积在淋浴头的孔或开口 (orifice)上，导致孔的闭合，引起了不均匀的 气体流动和不均匀的等离子体。
公开了一种使用背侧电极(放置在基底固定器的相对侧上的电极)来生 成并配置等离子体的新颖方法。所生成的等离子体包封(envelop)基底固定 器电极，从而消除了由直接淋浴沉积对于基底的污染、以及在处理期间来自 顶部电极的微粒的形成和沉积。它还消除了现在可由不导电材料制成、被置于等离子体流之外的气体淋浴头的闭合。因此，公开了一种新颖等离子体配
置、以及用于生成该配置的设备和方法。这个等离子体配置克服了上述现有 技术的问题，以用于任何选定的基底上的改善产出和可靠处理。 背景和现有技术
图l是现有技术的等离子体系统和等离子体配置的示例。示出了两个平
行的导电板，即具有用于连接到电压源(voltage supply )的端子(a)和(b) 的顶部板(aa)和底部板(bb)。顶部板具有用于形成淋浴头结构的均匀放 置的孔(ee)。使用施加到端子(a)和(b)的DC电压、AC (或RF )电压 或脉冲电压波形，而在电极(aa)与(bb)之间撞击(strike)等离子体。当 等离子体C处于电极(aa)与(bb)之间时，用于处理的气体混合物(f) 穿过用于在等离子体箱室(chamber)中提供均匀的反应能力的淋浴头的开 口或孔(ee)。要处理的基底(d)在处理期间埋置(sit encased)在等离子体 中。气体混合物(f)和等离子体条件(像所提供的压力、施加电压、偏置 等)定义所完成的处理。该处理本身可以是表面的清洗处理、蚀刻处理、沉 积处理或者用于化学功能化(chemical functionalization)的处理。 所示出的示范性现有技术处理具有几个问题。所述问题包括
a) 当点火(light)(启动)等离子体(c)时，通过第二导电电极(aa) 中的开口 (ee)向箱室供应的气体混合物被离子化，也就是说，存在正微粒 和负微粒，所述正微粒和负微粒存在于等离子体(c)中，并且取决于所施 加的电压，利用能量朝向电极对所述微粒进行加速。当高能离子撞击基底(d) 时，它们完成处理操作，但是当相反的带电微粒撞击另一电极(aa)时，存 在到电极的不期望能量传输。取决于该能量，这些离子可溅射来自电极(aa) 的材料，其然后可沉积在基底(d)上并污染了基底(d)。由于离子的能量 是随机的向量，所以在现有技术的等离子体配置中，不可能完全消除由于电 极溅射所导致的这个污染。
b) 在等离子体处理期间，混合的气体(f)被通过第二板电才及(aa)中 的孔(ee)而传递到等离子体箱室(c)中。由于等离子体(c)伸展跨越顶 部与底部电极之间的间隙，所以在第二电极(aa)处存在化学反应的可能性。 这些反应可导致形成散粒(particulate),所述散粒然后可被吸引到基底(d) 并撞击到基底，在基底(d)上创建了不期望的微粒。这可以导致增加的缺 陷密度和所处理的基底的低产出。c)由于在作为第二电极(aa)的淋浴头处的等离子体中可以发生化学 反应，所以存在反应物在淋浴头或第二电极(aa)上累积的可能性。在处理 期间，这可导致第二电极(aa)中的孔(ee)逐渐阻塞，引起处理气体供应 的不均匀性和气体流(流动)变更。这依次可使该处理失控，导致不期望的 结果和已处理基底上的产出损失。这还可迫使对形成淋浴头的第二电极(aa ) 进行频繁的清洗和替换，从而增加了处理成本。
发明内容
所提出的是一种使用背侧电极来启动并维持处理箱室中的等离子体的 新颖方法。这使得能够以如下的方式来配置等离子体，即包封具有基底的电 极，同时遮蔽基底不受来自溅射的直接污染、微粒沉积和气体流变更。所公 开的设备和方法的这个和其它优点实质上是新颖的，并解决了在等离子体处 理中长期存在的问题。
图l是现有技术类型的示范等离子体处理系统。
图2是所公开的具有单个杆式(rodtype)背部电极的示范系统。
具体实施例方式
图2是本公开的示范等离子体配置和系统。所述系统包括具有电连接(b) 的基板(bb),在该基板(bb)上放置要处理的基底。采用杆(a)或者小板 (未示出)或环(未示出)形式的小电导体被置放在板(bb)的放置基底(d) 一侧的相对侧。当触发(ignite)等离子体时，等离子体(c)配置不同于典 型平行板系统之处在于它包封板(bb)的保持基底(d)的所述侧，如图2 所示。通过不导电淋浴头(e)中的孔(ee)来将该处理所需要的气体混合 物(f)输入到等离子体空间中，所述不导电淋浴头(e)被置于等离子体区 域之外并且不是等离子体系统的电输入电路的一部分。
在最终的配置中，在电极(a)和(b)之间生成等离子体(c)。在(a) 和(b)之间施加可以为DC、 AC (或RF)或者脉冲波形的电压。可以将电 极(a)或(b)接地。等离子体包封在其上搁置基底(d)的电极(b)。然 后对基底(d)进行等离子体处理(清洗、沉积、蚀刻或者功能化)。按照该处理的需要，在其上搁置基底的电极(b)还可以被加热或用作加热器。
这个等离子体配置具有以下优点，它克服了与现有技术系统相关联的大 多数问题和难题，如下面所说明的。
a) 由于在电极或保持基底(d)的板(bb)周围存在等离子体(c)，所 以存在等离子体对板(bb)的完全覆盖。这将改善在整个基底(d)上的处 理的均匀性。
b) 由于在电极或保持基底(d)的板(bb)与保持基底(d)的板(bb) 的相对侧上的第二电极(a)之间点火等离子体(c),所以基底(d)不与第 二电极(a)的位置成一直线。这消除了由于来自第二电4及(a)的賊射而导 致的基底(d)的直接污染。
c) 可能对淋浴头(e)使用不导电且不反应的材料，这是因为其不再用 作导电电极。这允许仅仅针对气体分发来优化淋浴头材料。这个新;休浴头(e ) 还放置在等离子体(c)影响之外，以防止任何反应或溅射发生。这些完全 消除了来自淋浴头(e)的对于基底(d)的任何污染。
d) 由于向等离子体(c)的气体供应(f)是通过不导电淋浴头(e)中 的开口 (ee)的，其中所述不导电淋浴头(e)被置于在围绕基底固定器电 极(bb)而配置的等离子体(c)之外，所以在气体入口 (ee)处没有化学 反应发生。这防止在气体入口流中形成微粒，并因此减少了基底(d)的散 粒污染。这具有增加该处理的产出和可靠性的优点。
e )由于在淋浴头(e )处没有化学反应发生，所以通过产物在淋浴头(d) 上累积和淋浴头(e)的开口 (ee)的作为结果的闭合，存在减少的堵塞(build up)反应物的机会。这将允许处理期间的均匀气体流动，结果改善了处理的 均匀性和产出。这还消除了对频繁的处理停止和停机时间以进行系统清洗的 需要，从而允许更好的生产量，减少了处理成本。
f)由于现在在不导电淋浴头(e)上隔离气体混合物区域(f)，所以可 以便利地实现用于气体混合或气体激活(例如，热丝(hotwire))的其它策 略。
这些优点使得使用变更后的装置来进行基底的等离子体处理的新等离 子体配置新颖且唯一。通过克服使用平行板系统的现有4支术等离子体配置的 缺点和问题，所得到的基底提供了处理的更高的产出、更好的可靠性、和更 4氐的成本。
权利要求
1.一种用于基底处理的等离子体系统，包括导电电极，在其上能够保持一个或多个基底；第二导电电极，与保持电极的基底相邻但分开地放置在远离保持基底的一侧的一侧上；和气体混合物分发淋浴头，远离导电电极地放置在保持基底的一侧，以便以均匀的方式来供应用于处理基底所需要的气体混合物；使得在保持基底的导电电极与第二导电电极之间启动并建立的等离子体配置包封保持基底的电极，远离通过淋浴头中的开口来激活并分发气体混合物的淋浴头，从而提供处理的均匀性、产出和可靠性的优点。
2. 根据权利要求1或者具体根据其的等离子体系统，其中使等离子体 位于在保持基底的导电电极、与在远离保持基底的 一侧的 一侧上与保持电极 的基底相邻但分开地放置的第二导电电极之间，减少了在基底的等离子体处 理期间来自从第二电极'践射的材料的基底污染。
3. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的等离子体系统， 其中等离子体配置远离淋浴头，使得能够将不导电且不反应的材料用于淋浴 头。
4. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的等离子体系统， 其中将不导电且不反应的材料用于淋浴头允许像现有技术中尚不可能的热 丝方法 一样的替换的气体混合或气体激活方法。
5. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的等离子体系统， 其中使等离子体配置远离用于分发气体混合物的淋浴头减少了在淋浴头的 孔处的反应，从而减少了基底的散粒污染。
6. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的等离子体系统， 其中使等离子体配置远离用于分发气体混合物的淋浴头减少了在淋浴头开 口处的化学反应，从而减少了在开口处的反应产物的沉积，导致了在处理期 间的气体流动的已改善均勻性和作为结果的处理均匀性。
7. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的等离子体系统， 其中使等离子体配置远离用于分发气体混合物的淋浴头减少了在淋浴头开 口处的化学反应，从而减少了在开口处的反应产物的沉积，减少了用于系统维护的系统停;机时间。
8. —种用于建立等离子体配置的方法，所述等离子体配置包封导电电 极基底保持板，所述等离子体配置建立在基底保持板与第二导体之间，该第 二导体与基底保持板接近但分开地处在保持基底的一侧的相对侧上，使得等 离子体远离用于通过淋浴头中的开口输入用于等离子体处理所需要的气体 混合物而使用的淋浴头。
9. 根据权利要求8或者具体根据其的方法，其中使第二电极位于在保 持基底的一侧的相对侧上减少了由于来自第二电极的賊射而导致的污染。
10. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的方法，其中能 够使用不导电且不反应的材料来制造淋浴头。
11. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的方法，使得能 够实现像热丝方法 一 样的气体混合或激活方法。
12. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的方法，其中使 淋浴头远离等离子体减少了由于淋浴头处的微粒生成而导致的微粒基底污 染。
13. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的方法，其中使 淋浴头远离等离子体减少了在淋浴头处的化学反应，从而减少了导致气体混 合物均匀性改变的、在淋浴头上的反应副产物的累积。
14. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的方法，其中淋 浴头上的反应产物的累积的减少改善了在处理期间的气体流动均匀性，导致 了改善的基底的产出和可靠性。
15. 根据在前权利要求中的一项或多项或者具体根据其的方法，其中淋 浴头上的反应产物的累积的减少减少了对用于维护的频繁处理停机的需要。
全文摘要
一种用于基底处理的等离子体系统包括导电电极(b、bb)，在其上能够保持一个或多个基底(d)；第二导电电极(a)，与保持电极的基底相邻但分开地放置在远离保持基底的一侧的一侧上；和气体混合物分发淋浴头(e)，远离导电电极地放置在保持基底的一侧，以便以均匀的方式来供应用于处理基底所需要的气体混合物(f)；使得在保持基底的导电电极与第二导电电极之间启动并建立的等离子体配置包封保持基底的电极，远离通过淋浴头中的开口(ee)来激活并分发气体混合物的淋浴头，从而提供处理的均匀性、产出和可靠性的优点。
文档编号H01J37/32GK101636813SQ200880008256
公开日2010年1月27日 申请日期2008年3月11日 优先权日2007年3月12日
发明者纳林·L·鲁佩辛格, 肯尼思·B·K·蒂奥 申请人:艾克斯特朗股份公司