专利名称：用于等离子体处理系统中控制多区喷嘴的耐腐蚀设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及衬底制造技术，更具体地，涉及一种用于在等离子体处理系统控制多区喷嘴(multi-zone nozzle)的耐腐蚀设备(corrosion resistant)。
背景技术：
在诸如用于平板显示器制造中的衬底(例如，半导体衬底或玻璃面板)的处理中，经常用到等离子体。例如，作为衬底处理的一部分，将衬底划分成多个管芯(die)或矩形区，每个管芯或矩形区域将成为一个集成电路。然后，通过一系列步骤来处理衬底，其中，有选择地去除(蚀刻处理)和沉积(沉积处理)材料，从而在该衬底上形成电子部件。
在示例性的等离子体处理中，在蚀刻之前，用硬化的感光乳剂薄膜(即，例如，光刻胶掩模)涂覆衬底。然后，有选择地去除硬化的感光乳剂区域，以使下层的部件能够被露出。然后，将衬底放置在衬底支撑结构上的等离子体处理室内，该衬底支撑结构被称为卡盘或支座并包括单极电极或双极电极。然后，适当的蚀刻源流入室内并被轰击，从而形成了等离子体来蚀刻衬底的露出区域。
现在参考图1，示出了电容耦合等离子体处理系统的简图。在一般结构中，等离子体室包括位于下室中的下片(bottom piece)150和位于上室中的可拆卸的上片(top piece)152。第一RF(radiofrequency，射频)发生器134产生等离子体并控制等离子体的密度，而第二RF发生器138产生通常用于控制DC偏压(bias)和离子轰击能量(ion bombardment energy)的偏压RF。
另外还有匹配网络136a耦合至源RF发生器134，并且另外还有匹配网络136b耦合至偏压RF发生器138，这两个匹配网络尝试使RF电源的阻抗与等离子体110的阻抗相匹配。另外，泵111通常用于从等离子室102中抽空环境大气，从而达到维持等离子体110所需的压力。
通常，使诸如卤素(即，氯化氢、溴化氢、三氯化硼、氯、溴、四氯化硅等)的一组适当的气体从气体分配系统122流入室102中，从而使位于下室中的阀123关闭。由于注入器109可以包括不同组或区的独立受控喷嘴(例如，从而最优化衬底的均匀性)，所以可以将该注入器连接至位于上室中另外还耦合至关闭阀123的气体流量控制组件125。在一个实例中，多区注入器上的区包括主要将等离子气体引入等离子体中心的中心喷嘴组和主要将等离子气体注入等离子体的剩余部分的边缘喷嘴组。
通常，包括一系列不锈钢管道、阀、旁道、和节流部(flowrestriction)的气体流量控制组件125提供注入器109必需的气体流量调节。然后，可以对这些等离子气体进行电离来形成等离子体110，从而处理(例如，蚀刻或沉积处理)关于在也作为电极的静电卡盘116上的环形边115放置的衬底114(诸如，半导体衬底或玻璃面板)的露出区域。
在称为多晶硅栅腐蚀(gate etching)的普通衬底制造方法中，使用光刻胶图样化导电的多晶硅层，然后对其进行蚀刻，从而形成场效应晶体管的栅极。在这个方法中，典型的蚀刻气体包括氯、溴化氢、氯化氢、和氧。
通常，半导体器件的产量和可靠性与制造过程的所有阶段中的污染物密切相关。具体，污染程度通常取决于特定的等离子体过程(例如，化学性质、功率、和温度)和等离子体室的初始表面条件。由于金属易于快速扩散到衬底中，所以金属污染物尤其难解决。用户通常将金属污染物等级(metal contamination level)规定为约＜5×1010原子/cm-2(除了规定为约＜1×1011原子/cm-2的铝以外)。这个目标通常表示在衬底上金属污染物等级约为1/20000个原子。
例如，如果金属到达衬底上的晶体管栅极，则金属可以作为掺杂物，从而可能改变栅极的电特性。另外，金属可增加漏电流并带来可靠性的问题。
潜在的金属污染物的污染源是在气体流量控制组件中所使用的电抛光不锈钢。由于非可渗透材料通常由铁(Fe)、大量的铬(Cr)合金添加剂(为金属提供“不锈”或耐腐蚀特性)、以及镍(Ni)制成，所以通常选择不锈钢，其中，镍稳定了奥氏体、使金属无磁性并坚硬、以及有助于耐腐蚀。
电抛光通常会改进该部分的表面化学性质，从而增强“钝态”的氧化膜并从表面中去除任意的游离铁。通常，当首次暴露给氧气时，会快速形成抵抗进一步氧化的钝态膜，从而形成“钝化”金属。
然而，重复暴露给腐蚀性的等离子体处理气体(例如，氟、氯、溴等)会易于侵蚀(attack)不锈钢。腐蚀(corrosion)的程度和由此产生的污染物的量可能取决于多种因素(诸如，气体浓度和纯度、含水量、温度、系统流速、露出时间、露出频率)。例如，当潮湿等级超过十亿分之几(ppb)时，诸如氯化氢或溴化氢的卤素气体可能会腐蚀不锈钢。
通常，当最初暴露给湿气(moisture)时，金属氧化物易于形成具有热力强(并因此惰性)的键的水合物(hydrate)和羟化物(hydroxide)。然而，在存在卤化气体的情况下，这些水合物和羟化物不再是惰性的，而是易于形成会随后污染衬底表面的非挥发性金属化合物(metal compound)。另外，当传送卤基气体(halogen-based gas)时，可以通过焊接形成的管道接头(conduitjunction)、以及在不锈钢管道中的其他受热影响区都会受到严重腐蚀。也就是说，焊接接头数越多，腐蚀的可能性就越大，并且随后衬底受腐蚀性副产品的污染越大。
尽管可以降低湿度，通常仍不能将其完全消除。例如，尽管通常会将等离子体处理气体以净化形式存储在压缩气瓶(gas cylinder)中，但是当替换气瓶时或对处理室进行维护时，仍会将湿气引入气体分配系统中。
另一个潜在的污染源可能是通过将多片不锈钢接合到一起的处理(诸如，非焊接和焊接结合)而形成的副产品。非焊接结合通常是由高温下的密封垫片、硬焊、或软焊形成的，而焊接结合是通过将不锈钢加热到其熔点形成的，并且如果使用填充金属，则将填充金属注入到熔池(molten pool)中。
然而，焊接不锈钢的处理通常处会在焊缝形成可能造成腐蚀的炉渣和层沉积。例如，诸如硫(S)、锰(Mn)、硅(Si)、和铝(Al)的材料可能会出现在焊接位置处，并其易于与诸如卤素的腐蚀性的等离子体处理气体反应，从而产生腐蚀和污染物。
例如，一种解决方法是通过减小不锈钢的长度来最小化可能潜在暴露给湿气的不锈钢管道的表面积。然而，这种解决方法对于需要通过不同长度的管道连接的相对复杂的阀、旁道、及节流组件的多区注入器来说是难以解决的。
鉴于上述问题，需要一种用于在等离子体处理系统中控制多区喷嘴的耐腐蚀设备。
发明内容
在一个实施例中，本发明涉及等离子体处理系统中的一种用于将气体分配系统连接至多区注入器的集成气体流量控制组件。该组件包括第一通道组，用于将气体分配系统连接至具有第一流速的第一阀组件、具有第二流速的第二阀组件、具有第三流速的第三流量组件、以及具有第四流速的第四流量组件，其中，当第一阀组件基本上打开时，第三流速小于第一流速，以及当第二阀组件基本上打开时，第四流速小于第二流速。该组件还包括第二通道组，用于将第三流量组件和第一阀组件连接至第一多区注入器区。该组件还包括第三通道组，用于将第四流量组件和第二阀组件连接至第二多区注入器区。其中，如果第一阀组件闭合，则第一多区注入器区的流速约为第三流速，并且其中，如果第二阀组件闭合，则第二多区注入器区的流速约为第四流速。
下面，将结合附图和本发明的详细描述更详细地描述本发明的这些和其它特性。
通过实例示出了本发明，但并不用于限制本发明，在附图中，相同的参考标号表示相同的元件，其中
图1示出了感应耦合等离子体处理系统的简化图；图2示出了用于多区注入器的气体流量控制组件的简化图；图3示出了根据本发明的一个实施例的集成气体流量控制组件的简化图；图4示出了根据本发明的一个实施例的包括阀配件和节流配件(flow restriction sub-assembly)的增强型的集成气体流量控制组件的简化图；以及图5示出了根据本发明的一个实施例的具有集成气体流量控制的感应耦合等离子体处理系统的简化图。
具体实施例方式
现在，将参考附图中所示的本发明的几个优选实施例详细描述本发明。在以下的描述中，为了提供对本发明的透彻理解，将阐述多个具体细节。然而，本领域的技术人员应该明白，没有这些具体细节的一些或全部也可实施本发明。在其它情况下，为了避免对本发明造成不必要的混淆，没有详细描述众所周知的工艺步骤和/或结构。
尽管不希望被理论束缚，但这里发明人相信，可以通过单个组件内的一系列通道或空腔(cavity)连接阀、旁道、和节流功能部来制造集成气体流量控制组件。
在一个实施例中，为了容纳阀的附件和通道的布置，可以机械加工(或以其他适当方式制造)诸如Dupont Vespel或镍基合金(Hastelloy)的单块材料。
在另一个实施例中，可以机械加工(或以其他适当方式制造)包括材料块的第一配件，以容纳阀的附件，同时，可以机械加工(或以其他适当方式制造)包括块的第二配件，以提供旁道和节流功能的基本部分，其中，第一配件和第二配件互相耦合。
在另一个实施例中，使用可变流量的阀组件。在另一个实施例中，使用不可变流量的阀组件。阀组件通常包括阀和用于将组件耦合至集成气体流量控制组件的任意附加连接装置。
在另一个实施例中，注入器可以具有任意数目的区。这些区与可以用于优化衬底均匀性的多组独立受控注入器喷嘴有关。普通的注入器结构包括两个区第一中心喷嘴组，主要用于将等离子气体引入等离子体的中心；以及第二边缘喷嘴组，主要用于将等离子气体注入等离子体的剩余部分。
在另一个实施例中，可以使用除了喷嘴器外的装置(诸如喷淋头)来将等离子气体引入等离子体室中。
另外，由于单个组件还可以减少不锈钢管道和所需管道焊缝(conduit weld)的总数，所以可以消除潜在金属污染物的大部分。另外，该组件可以位于下室(lower chamber)中，并可以通过对于所生成的RF场基本上透明的材料来构造。
例如，在集成气体流量控制组件中，可以机械加工第一通道组，用于将气体分配系统连接至具有第一流速的第一阀组件。还可以机械加工第二通道组，用于将气体分配系统连接至具有第二流速的第二阀组件。
可以机械加工第三通道组，用于将气体分配系统连接至具有第三流速的第三流量组件，并且可以机械加工第四通道组，用于将气体分配系统连接至具有第四流速的第四流量组件。流量组件可以包括连接至集成气体流量组件中的其他部件或组件的通道组。
其中，当第一阀组件基本上打开时，第三流速小于第一流速，并且当第二阀组件基本上打开时，第四流速小于第二流速。
然后，可以机械加工第二通道组，用于将第三流量组件和第一阀组件连接至第一多区注入器区。可以机械加工第三通道组，用于将第四流量组件和第二阀组件连接至第二多区注入器区。其中，如果第一阀组件闭合，则第一多区注入器区的流速约为第三流速，并且如果第二阀组件闭合，则第二多区注入器区的流速约为第四流速。
然而，如果阀组件打开，则流入对应注入器区的流量可以与阀组件打开的程度成比例地增长。如果阀组件是可变流量的阀组件，那么可以在包括受限流速和不受限流速的范围之间调节流量。如果阀组件是不可变流量的阀组件，那么所选流量通常可以仅为受限流速或不受限流速。
接下来参考图2，示出了关于在等离子体处理系统中的多区注入器的气体流量控制组件125的简化图。在此图中，如图1所示的注入器109是双区等离子体注入器。
然而，为了传输和控制等离子气体，易于通过不同长度的管道、阀、和旁道来不对称地构造气体流量控制组件125。由于等离子气体传输系统的大部分都位于上室中，所以系统的存在还易于使由感应天线或电容性电极生成的电场失真。通常，诸如不锈钢的导电金属用作天线，所以其将易于吸收电磁场中的能量。因此，等离子气体传输系统易于使RF场失真，这将在衬底上导致基本上不均匀的等离子体密度，从而有可能影响产量。
通常，使诸如卤素(即，氯化氢、溴化氢、三氯化硼、氯、溴、四氯化硅等)的适当气体组从气体分配系统122通过气体流量控制组件125流入等离子体室(未示出)，直到位于上片中的进口(未示出)中的注入器109。注入器109本身可以包括一组独立受控喷嘴、中间区中的第一组、以及周围或边缘区中的第二组。然后，可以对这些等离子体处理气体进行电离来形成等离子体(未示出)，从而处理衬底的露出区域(未示出)。
气体分配系统122一般在接点(junction)A处耦合至位于下室中的主关闭阀202，而主关闭阀202又经接点B通过管道208a耦合至下-至-上室接口207。此接口使得上片(位于上室中)能够从下片(位于下室中)中安全地去除来进行清洗和维护，而不会损坏等离子气体传输系统本身。
另外，下-至-上室接口207耦合至接点C，接点C在管道216、在接点F处耦合至边缘控制阀206的旁道管道210、以及在接点D处耦合至中心控制阀204的旁道管道212之间分叉。管道216还在接点I处耦合至节流管道220和节流管道222。
如果可变流量阀206和可变流量阀204都关闭，则基本上限制流到注入器109的两个区的等离子气体流量。打开两个阀中的一个将易于增加流到对应区的等离子体气体流量，而两个阀都打开将易于使两个区之间的等离子体气体流量基本上相等。
边缘控制阀206在接点G处耦合至可变流量管道218，该可变流量管道又在接点J处耦合至前述的节流管道220。同样，边缘控制阀204在接点E处耦合至可变流量管道214，该可变流量管道又在接点H处耦合至前述的节流管道222。
另外，边缘管道224在接点K处耦合至注入器109，而中心管道226还在接点L处耦合至注入等离子体室(未示出)的注入器109。
例如，图2中所使用的一组管道的尺寸可以如下
也就是说，在气体流量控制组件中有超过43in2的表面积可能露出在湿气中。另外，还可能有大约54条焊缝露出在湿气中。
接下来参考图3，示出了根据本发明的一个实施例的关于在等离子体处理系统中的多区注入器的集成气体流量控制组件325的简化图。以非显而易见的方式，通过将管道、旁道、和节流功能部组合在单个集成组件中，删除了图2中的大量不锈钢管道。而取代使用所成形或机械加工的更短通道。另外，还可以将集成气体流量控制组件置于下室中，以潜在减小电磁场失真，从而改进产量。
在此图中，图1中所示的注入器109是双区等离子体注入器。如前所述，使诸如卤素(即，六氟化钨、溴化氢等)的适当气体组从气体分配系统122通过集成气体流量控制组件325流入等离子体室(未示出)中，到达位于上片中的入口(未示出)中的注入器109。注入器109本身可以包括独立受控喷嘴组、中心区中的第一组、以及周围或边缘区中的第二组。然后，可以对这些等离子体处理气体进行电离来形成等离子体(未示出)，从个人处理衬底的露出区域(未示出)。
在一个实施例中，每个区可以具有不同于另一个区的基本不节流区或基本节流区。在另一个实施例中，每个区都可以具有从基本上不受限到基本上受限的连续流量范围。在另一个实施例中，可以使用任意数目的独立受控区。随后，可以对这些等离子体处理气体电离来形成等离子体(未示出)，从而处理衬底的露出区域(未示出)。在另一个实施例中，集成气体流量控制组件325包括诸如Dupont Vespel的耐腐蚀工业用合成材料。在另一个实施例中，集成气体流量控制组件325包括诸如镍基合金的耐腐蚀工业用金属。
通常，气体分配系统122在接点A处耦合至主关闭阀302，该主关闭阀302另外在接点B处通过管道308耦合至接点C，接点C在通道316、在接点F处耦合至边缘控制阀306的旁道通道310、以及在接点D处耦合至中心控制阀304的旁道通道312之间分叉。
如前所述，如果阀306和阀304都关闭，则将基本上限制流到注入器109的两个区的等离子体气体流量。打开两个阀之一将易于增加流到对应区的等离子体气体流量，而将这两个阀都打开易于使两个区之间的等离子体气体流量基本上相等。
边缘控制阀306在接点G处耦合至通道318，该通道又在接点J处耦合至前述的节流通道320。同样，边缘控制阀304在接点E处耦合至通道314，该通道又在接点H处耦合至前述的节流通道322。
下-至-上室接口307b经通道326a耦合至接点H，并且下-至-上室接口307a经由通道324a耦合至接点J。如前所述，此接口使得上片(位于上室中)能够从下片(位于下室中)中安全地去除来进行清洗和维护，而不会损坏等离子体传输系统本身。
边缘管道324b在接点K处将下-至-上室接口307a耦合至注入器109，而中心管道326b在接点L处将下-至-上室接口307b耦合至注入器109。
接下来参考图4，示出了根据本发明的一个实施例的包括阀配件325b和节流配件325a的增强型集成气体流量控制组件的简化图。
通常，气体分配系统122在接点A处耦合至主关闭阀302，该主关闭阀另外在接点C通过管道308耦合至接点C，接点C在通道316、在接点F处耦合至边缘控制阀306的旁道通道310、以及在接点D耦合至中心控制阀304的旁道通道312之间分叉。
如前所述，如果阀306和阀304都关闭，则基本上限制流到注入器109的两个区的等离子体气体流量。打开这些阀之一将易于增加流到对应区的等离子体气体流量，而将这两个阀都打开将易于使这两个区之间的等离子体气体流量基本相等。
边缘控制阀306在接点G处经通道318a耦合至配件接口317a，该配件接口又在接点J处耦合至节流通道318b。边缘控制阀304在接点E处经通道314a耦合至配件接口317c，该配件接口又在接点H处耦合至节流通道314b。配件接口317a-c使得阀配件325b和节流配件325a不能够耦合。例如，如果用户需要更受限的气体流量，则仅需要替换节流配件325a。
下-至-上室接口307b经通道326a耦合至接点H，并且该下-至-上室接口307a经通道324a耦合至接点J。如前所述，该接口使得上片(位于上室)能够从下片(位于下室)中安全地去除来进行清洗和维护，而不会损坏等离子气体传输系统本身。
边缘管道324b在接点K处将下-至-上室接口307a耦合至注入器109，而中心管道326b在接点L处将下-至-上室接口307b耦合至注入器109。
例如，图3中使用的一组通道和管道的尺寸可以如下
也就是说，露出的不锈钢总量已经从43_in2降到了大约24_in2，或者可能暴露给湿气和所产生的污染物的气体流量控制组件中的表面积降低了大约44％。另外，与图2相比，仅有大约20条焊缝暴露给湿气，所以大约降低了63％。
接下来参考图5，示出了根据本发明的一个实施例的具有集成气体流量控制组件的感应耦合等离子体处理系统的简化图。
通常，使诸如卤素(即，氯化氢、溴化氢、三氯化硼、氯、溴、四氯化硅等)的适当气体组从气体分配系统122流入室102来关闭位于下室的阀123。然而，与图1不同，集成气体流量控制组件325也可以位于下室中。
尽管根据几个优选实施例描述了本发明，但是存在落入本发明范围内的变化、改变、和等同替换。例如，尽管结合Lam Research的等离子体处理系统(例如，ExelanTM、ExelanTMHP、ExelanTMHPT、2300TM、VersysTMStar等)描述了本发明，但是也可使用其它等离子体处理系统。本发明还可以使用各种直径(例如，200mm、300mm、液晶显示器等)的衬底。还应该注意，存在多种实施本发明方法的可选方式。
本发明的优点包括用于通过测量自偏压来监控等离子体处理系统中处理的方法和装置。其他优点包括可用于诊断和监控目的的基本可靠信号的使用。
已经公开了示例性实施例和最佳模式，但在权利要求限定的本发明的主题和精神范围内，可以对公开的实施例做出修改和变化。
权利要求
1.一种等离子体处理系统中的集成气体流量控制组件，用于将气体分配系统连接至多区注入器，其包括第一通道组，用于将所述气体分配系统连接至具有第一流速的第一阀组件、具有第二流速的第二阀组件、具有第三流速的第三流量组件、以及具有第四流速的第四流量组件，其中，当所述第一阀组件基本上打开时，所述第三流速小于所述第一流速，以及当所述第二阀组件基本上打开时，所述第四流速小于所述第二流速；第二通道组，用于将所述第三流量组件和所述第一阀组件连接至第一多区注入器区；第三通道组，用于将所述第四流量组件和所述第二阀组件连接至第二多区注入器区；其中，如果所述第一阀组件闭合，则第一多区注入器区流速约为所述第三流速，以及如果所述第二阀组件闭合，则第二多区注入器区流速约为所述第四流速。
2.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述第一阀组件和所述第二阀组件中的每个均包括可变流量阀组件。
3.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述第一阀组件和所述第二阀组件中的每个均包括不可变流量阀组件。
4.根据杈利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述第一阀组件和所述第二阀组件位于所述集成气体流量控制组件的第一配件中，以及所述第三流量组件和所述第四流量组件基本上位于所述集成气体流量控制组件的第二配件中。
5.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件包含陶瓷。
6.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件包含塑料。
7.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件包含Dupont Vespel。
8.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件包含镍基合金。
9.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件包含不锈钢。
10.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件位于等离子体处理系统的下室中。
11.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述集成气体流量控制组件对RF场是基本上透明的。
12.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述等离子体处理系统是电容性耦合等离子体处理系统。
13.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述等离子体处理系统是感应耦合等离子体处理系统。
14.根据权利要求1所述的集成气体流量控制组件，其中，所述等离子体处理系统是大气等离子体处理系统。
15.一种在等离子体处理系统中的塑料集成气体流量控制组件，用于将气体分配系统连接至多区注入器并且对RF场是基本上透明的，所述塑料集成气体流量控制组件包括第一通道组，用于将所述气体分配系统连接至具有第一流速的第一阀组件、具有第二流速的第二阀组件、具有第三流速的第三流量组件、以及具有第四流速的第四流量组件，其中，当所述第一阀组件基本上打开时，所述第三流速小于所述第一流速，并且当所述第二阀组件基本上打开时，所述第四流速小于所述第二流速；第二通道组，用于将所述第三流量组件和所述第一阀组件连接至第一多区注入器区；第三通道组，用于将所述第四流量组件和所述第二阀组件连接至第二多区注入器区；其中，如果所述第一阀组件闭合，则第一多区注入器区流速约为所述第三流速，以及如果所述第二阀组件闭合，则第二多区注入器区流速约为所述第四流速。
全文摘要
一种用于将气体分配系统连接至多区注入器的集成气体流量控制组件，其包括第一通道组，用于将气体分配系统连接至第一阀组件、第二阀组件、第三流量组件、和第四流量组件；第二通道组，用于将第三流量组件和第一阀组件连接至第一多区注入器区；以及第三通道组，用于将第四流量组件和第二阀组件连接至第二多区注入器区。如果第一阀组件闭合，则第一多区注入器区的流速约为通过第三流量组件的第三流速，并且如果第二阀组件闭合，则第二多区注入器区的流速约为通过第四流量组件的第四流速。
文档编号H01L21/3065GK101087900SQ200580040567
公开日2007年12月12日 申请日期2005年9月23日 优先权日2004年9月30日
发明者郝方礼, 约翰·E·多尔蒂, 詹姆斯·塔潘 申请人:朗姆研究公司