感性耦合的等离子体处理系统技术方案

一种等离子体处理系统（１０），能将射频能量有效耦合到真空室（１８）内的真空处理空间（２４）内的等离子体。该等离子体处理系统（１０）包括一截头圆锥体电绝缘窗体（１４、８５），设在电绝缘窗体（１４、８５、９４）外侧的感应元件（１８），和设在室壁（１２）开口内的截头圆锥体支撑件（１６、９６、１４１）。该支撑件（１６、９６、１４１）包括机械支撑电绝缘窗体（１４、８５、９４）的截头圆锥体部分（４８、９８）的截头圆锥体面板（５８、９９、１４２）。电绝缘窗体（１４、８５、９４）由电绝缘材料如陶瓷或聚合物制成，且由于支撑件（１６、９６、１４１）的机械支撑而具有减小的厚度。该处理系统（１０）可以包括一位于基材支架（２０）之上的气源，用于向真空处理空间（２４）内导入处理气体。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及等离子体处理系统，更具体地说，涉及感性耦合等离子体处理系统，用于在沉积涂敷材料之前清洁基材表面。
技术介绍
等离子体广泛用于材料处理，在处理步骤之前对基材表面进行处理，例如半导体片和平面显示器。具体地说，等离子体用于去除基材表面的自然氧化层和其它污染物，为后续的在该表面上沉积薄膜涂敷材料如金属镀层做准备。如果不通过沉积前的清洁处理除去污染物，涂敷材料层与基层之间的接触面的物理性能，例如电性能和机械性能，将会受到不利影响。去除污染物的传统方法是在沉积薄膜涂敷材料之前，在等离子体清洗步骤中将基材表面裸露在等离子中。等离子体清洗步骤的依据是，等离子能作为活性粒子源，而这些活性离子与污染物发生化学反应会生成挥发性或半挥发性产物。例如，使用含氢的等离子体能通过化学方法还原氧化物，生成挥发性蚀刻产物以清洁基材表面上的铜镀层的氧化物。作为选择，等离子体清洗步骤也可以根据源于离子轰击的溅蚀来清洁基材表面的污染物。例如，通过使用等离子体中的高能离子轰击基材表面能去除铝镀层上的氧化物，其中等离子体来自于生产的惰性气体。其它等离子体清洗步骤结合了化工和物理机械，通过使用高能化学活性等离子体粒子轰击基材表面，去除该表面上的污染物。优选地是，用等离子体清洗去除表面的污染物不会导致损伤或者改变任何表面上已有薄膜的特性。设计用于等离子体清洗或等离子体蚀刻的传统等离子体处理系统具有一真空室，该室有一个由电绝缘材料如石英制成的窗体和靠近该窗体的非真空室一侧的天线。通过窗体的电绝缘材料能将天线的射频(RF)能量耦合到等离子体。在某些传统的等离子体处理系统中，电绝缘窗体是由电绝缘材料制成的钟形罩，其焊接到金属室的底部以限定一真空室。在其它一些传统的等离子体处理系统中，电绝缘窗体是由电绝缘材料制成的圆柱结构或平面结构的壁件，并作为真空室的壁。传统的使用等离子体清洁基材表面的等离子体处理系统具有某些显著的优点。具体来说，由基材表面溅出的污染物趋向于从基材向真空室的内表面直线运动。溅出的污染物会作为残留物或集结物聚集在内表面上，例如电绝缘窗体的真空侧表面，溅出的污染物中可能带有源于等离子体的化学活性粒子和来自于基材表面的挥发性或半挥发性粒子。在处理过程中产生的残留物会剥落并破碎成小颗粒，而这些小颗粒作为颗粒物源对于制造半导体设备有害。具体地，残留物对于电绝缘窗体的粘附力特别弱。一旦等离子体消失，颗粒物就会被静电吸引到基材上。作为选择，颗粒物中的小颗粒在悬浮于等离子体中时能够长大；当等离子体消失后，它们在重力作用下会落到基材上。这些颗粒物会局部危害接下来将要沉积在基材表面上的涂敷材料的质量，所以作为缺陷这会降低设备的屈服极限。如果将要通过溅蚀进行清洁的基材的大部分面积被金属覆盖，则将会积聚在电绝缘窗体上的金属会是特别严重的问题。具体地说，在溅蚀清洁被金属覆盖的表面时会生成相对大量的作为潜在颗粒物源的污染残留物。而且，积聚在电绝缘窗体的真空侧表面上的溅蚀金属会影响等离子体处理系统的运行。如果残留物是导体，则集结物中的电流会削弱RF能量从天线到等离子体的耦合效果。即使积聚的金属具有高的阻抗而并不限制RF能量的耦合，电绝缘窗体上的金属残留物仍然会抑制等离子体的点火并降低射频功率通过窗体的传输效率。为了减少颗粒物的出现和保持RF能量的耦合效率，电绝缘窗体的真空侧必须定期清洗，通过化学和/或研磨技术去除积聚的残留物。但经常清洗所累积下来的损伤会逐渐恶化窗体的电绝缘材料的机械性能。结果是降低了电绝缘窗体的使用寿命，增加了过早出现灾难性失效的可能性。典型地是当电绝缘窗体的机械性能恶化以至于窗体不能安全承受作用在窗体非真空室一侧的大气压力时，不再使用该电绝缘窗体。电子温度和等离子体均匀性是相互平衡的重要因素，当电子温度不是过高时，在操作压力下等离子体的分布相对均匀。不均匀的等离子体密度和过高的电子温度会损害基材。等离子体密度分布的不对称性会导致蚀刻或基材清洁不均匀。尽管电子温度能通过提高真空室内处理气体的操作压力而降低，但提高的操作压力常常会降低等离子体密度分布的均匀性。真空室系统的几何特征是另一个决定等离子体密度和等离子体均匀性的重要因素。基本上，处理基材表面的均匀性与靠近基材的裸露表面的等离子体的均匀性有直接关系。此外，在传统的使用化学方法进行处理的等离子体处理系统中，气体流动的不均匀性会导致等离子体中的化学活性粒子在靠近基材中心处很少，而在靠近基材的周围比较集中。这种不均匀性使得基材周围的处理速率高于基材中心的处理速率，从而导致中心高于周围的不均匀性。由等离子体的不均匀性和来自等离子体的化学活性粒子的浓度的不均匀性而导致的不对称处理用于处理大直径基材，例如300mm的硅片。传统的等离子体处理系统必须经过优化以容纳大直径晶片。例如，为了在基材附近提供均匀分布的等离子体，必须增加天线的覆盖区和相连的电绝缘窗体的覆盖区。在用于大直径基材的等离子体处理系统中，为了在合理的电子温度下能得到合适的均匀等离子体，会显著增加电绝缘窗体的制造成本。在用于大直径基材的等离子体处理系统中，在优化系统时，电绝缘窗体面临一定的技术挑战。如上所述，作用在电绝缘窗体的非真空侧或外侧的大气压力会很大。因此，电绝缘窗体必须具有一定的厚度，能承受由于真空室的内外压差所导致的作用力或载荷。例如，适于处理300mm晶片的厚度为35厘米(cm)的电绝缘窗体必须能承受由14.7镑的标准大气压引起的作用在每平方英寸面积上的约2200镑(lbs)的作用力。陶瓷制电绝缘窗体通常易碎，承受作用载荷时容易失效。陶瓷制电绝缘窗体的厚度必须很大以承受大气压力。厚的电绝缘窗体会降低等离子体的耦合效率，这是由于RF能量穿过窗体时有损耗。因此，在具有传统的平面电绝缘窗体的等离子体处理系统中，FR能量从天线到等离子体的转移效率很低。为了补偿低效率，必须显著提高RF能源的功率电平来增大流向天线的RF电流，以便向等离子体提供合适的RF功率。但增大天线中的RF电流会增加焦耳热，如果散热不充分，则对于等离子体处理系统的性能和运行将很不利。传统的等离子体处理系统需要均匀分布的处理气体以便获得均匀分布的等离子体。流向真空室的和真空室内的处理气体的不均匀分布会对等离子体的均匀分布产生不利影响。通常，处理气体流向真空室和将处理气体泵出真空室都会影响气体分布。具体地说，等离子体的密度分布对于气体流动的均匀性非常敏感。而且，各种等离子体粒子分布的均匀性也会受到处理气体分布的影响。出于上述和其它考虑和一些问题，需要的等离子体处理系统能有效地将射频能量耦合到等离子体，能提供空间均布的等离子体，以便均匀蚀刻或清洁基材的裸露表面，尤其是大尺寸基材的裸露表面。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，一种等离子体处理系统具有一真空室，其室壁包围一真空处理空间。在室壁上设有进气口，用于将处理气体导入真空处理空间。在真空处理空间内有一适于接收和支撑基材的基材支架。等离子体处理系统在室壁的一个开口内设有支撑件。该支撑件有一设计成允许射频(RF)能量进入真空处理空间的截头圆锥体面板，其机械支撑着电绝缘窗体的截头圆锥体部分。靠近电绝缘窗体的截头圆锥体部分有一电连接到RF电源的天线。该天线能通过电绝缘窗体将RF能量输送到真空处理空间，以便从其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用等离子体处理基材的等离子体处理系统，该系统包括：一具有室壁和开口的真空室，其中室壁包围一真空处理空间，开口位于室壁内；一位于室壁内的进气口，用于将处理气体导入真空处理空间；一位于真空处理空间内的基材支架，所述 基材支架适于接收和支撑基材；一射频（ＲＦ）电源；一位于室壁开口内的支撑件，所述支撑件具有截头圆锥体面板，其允许ＲＦ能量进入真空处理空间；一靠近所述支撑件的电绝缘窗体，所述电绝缘窗体具有截头圆锥体部分，其通过所述支撑件 的截头圆锥体面板机械支撑并能传输ＲＦ能量；和一靠近所述电绝缘窗体的截头圆锥体部分的天线，所述电绝缘窗体设置在所述天线与所述支撑件之间，所述天线电连接到所述ＲＦ电源并通过所述电绝缘窗体向所述真空处理空间供应ＲＦ电能，以便从处理气体中形 成等离子体。

【技术特征摘要】
US 2001-6-6 09/875,3391.一种使用等离子体处理基材的等离子体处理系统，该系统包括一具有室壁和开口的真空室，其中室壁包围一真空处理空间，开口位于室壁内；一位于室壁内的进气口，用于将处理气体导入真空处理空间；一位于真空处理空间内的基材支架，所述基材支架适于接收和支撑基材；一射频(RF)电源；一位于室壁开口内的支撑件，所述支撑件具有截头圆锥体面板，其允许RF能量进入真空处理空间；一靠近所述支撑件的电绝缘窗体，所述电绝缘窗体具有截头圆锥体部分，其通过所述支撑件的截头圆锥体面板机械支撑并能传输RF能量；和一靠近所述电绝缘窗体的截头圆锥体部分的天线，所述电绝缘窗体设置在所述天线与所述支撑件之间，所述天线电连接到所述RF电源并通过所述电绝缘窗体向所述真空处理空间供应RF电能，以便从处理气体中形成等离子体。2.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述电绝缘窗体是由能通过RF的材料制成，这些材料选自于包括氧化铝、氮化铝、氮化硅、硼硅酸玻璃、石英和它们的组合物的一组材料。3.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述电绝缘窗体是由能通过RF能量的聚合物制成。4.如权利要求3所述的等离子体处理系统，其中聚合物选自于包括聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯、和它们的组合物的一组材料。5.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述支撑件包括一圆顶板，其外圆周边与截头圆锥体面板的内圆周边连接。6.如权利要求5所述的等离子体处理系统，其中顶板包括流体通路，其用于温度控制流体的流通，当天线被激励时，该温度控制流体吸收并输送来自顶板的热量。7.如权利要求5所述的等离子体处理系统，其中所述天线进一步包括多个靠近顶板的环形线圈，所述电绝缘窗体进一步包括一靠近顶板的圆盘状部分，该圆盘状部分通过顶板机械支撑，顶板进一步包括多个槽，其允许RF能量进入真空处理空间。8.如权利要求7所述的等离子体处理系统，其中多个槽中的相邻二个基本上互相平行定向，以便使来自于多个环形线圈的RF能量能有效地通过该槽而输送到真空处理空间。9.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述支撑件的截头圆锥体面板具有的第一夹角在25°-180°之间，所述电绝缘窗体的截头圆锥体部分具有的第二夹角基本上等于第一夹角。10.如权利要求9所述等离子体处理系统，其中第一夹角为大约60°。11.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述支撑件的截头圆锥体面板包括多个周向间隔的带状物和多个周向间隔的槽，相邻一对带状物被其中一个槽隔开，每个带状物具有一支撑面，用于接触并机械支撑所述电绝缘窗体的截头圆锥体部分的一部分。12.如权利要求11所述的等离子体处理系统，其中多个槽中的相邻一对基本上相互平行，以便使来自于天线的RF能量能输送到真空处理空间。13.如权利要求11所述的等离子体处理系统，其中多个槽设置成允许RF能量进入真空处理空间，并屏蔽所述电绝缘窗体而免受来自基材的溅蚀物的影响。14.如权利要求13所述的等离子体处理系统，其中所述天线包括多个环形线圈，其螺旋环绕所述电绝缘窗体的截头圆锥体部分，并且多个槽中的相邻一对基本上相互平行，以便使来自于多个环形线圈的RF能量能输送到真空处理空间。15.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述天线的至少一部分嵌入到所述电绝缘窗体内。16.如权利要求15所述的等离子体处理系统，其中所述电绝缘窗体进一步包括一形成于其表面内的螺旋槽，所述天线的至少一部分位于所述螺旋槽内。17.如权利要求15所述的等离子体处理系统，进一步包括一外罩，在该外罩的表面上有一螺旋槽，所述天线的至少一部分位于该螺旋槽内。18.如权利要求1所述的等离子体处理系统，进一步包括一外罩，在该外罩的表面上有一螺旋槽，所述天线的至少一部分通过位于该螺旋槽内而嵌入到该外罩内。19.如权利要求1所述的等离子体处理系统，进一步包括一位于所述室壁内的用于提供第二处理气体流的第二进气口和一位于所述基材支架之上且与所述进气口流体连通的气源，所述气源从多个位置将第二处理气体供应到真空处理空间，其中第一处理气体和第二处理气体被RF能量激励而形成等离子体。20.一种使用等离子体处理基材的等离子体处理系统，该系统包括一具有室壁和开口的真空室，其中室壁包围一真空处理空间，开口位于室壁内；一室壁内的进气口，用于将处理气体导入真空处理空间；一位于真空处理空间内的基材支架，所述基材支架适于接收和支撑基材；一射频(RF)电源；一位于室壁开口内的支撑件，所述支撑件具有截头圆锥体面板，其允许RF能量进入真空处理空间；一靠近所述支撑件的电绝缘窗体，所述电绝缘窗体具有截头圆锥体部分，其通过所述支撑件的截头圆锥体面板机械支撑并且所述电绝缘窗体由聚四氟乙烯或填充聚四氟乙烯形成；和一靠近所述电绝缘窗体的截头圆锥体部分的天线，所述电绝缘窗体设置在所述天线与所述支撑件之间，所述天线电连接到所述RF电源并通过所述电绝缘窗体向所述真空处理空间供应RF电能，以便从处理气体中形成等离子体。21.如权利要求20所述的等离子体处理系统，其中所述天线进一步包括多个靠近顶板的环形线圈，所述支撑件包括一顶板，该顶板含有流体通道并具有多个槽，该槽设置成允许RF能量进入真空处理空间并屏蔽圆盘状部分而免受来自于基材的溅出物的影响，并且所述电绝缘窗体包括以真空密闭方式位于顶板附近的圆盘状部分，该圆盘状部分通过顶板机械支撑。22.如权利要求21所述的等离子体处理系统，其中多个槽中的相邻一对基本上相互平行，以便使来自于多个环形线圈的RF能量能输送到真空处理空间。23.如权利要求20所述的等离子体处理系统，其中所述支撑件的截头...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫布克阿，约翰德鲁埃里，迈克尔格拉佩尔豪斯，赫里特列乌英克，格林雷诺兹，米尔科武科维奇，图鲁尔亚萨尔，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]