專利名稱：用于在等離子處理室內防止等離子不受限制事件的方法
用于在等離子處理室內防止等離子不受限制事件的方法本申請是申請日為2007年06月08日、申請號為201010624669. X、名稱為“用于在等離子處理室內防止等離子不受限制故障發生的方法和裝置”的發明專利申請的分案；后者又是申請日為2007年06月08日、申請號為200780021251. 6、名稱為“用于在等離子處理室內防止等離子不受限制故障發生的方法和裝置”的發明專利申請的分案。優先權本分案申請根據37CFR1. 53(b)和35U. S. C. § 120主張Fischer等人于2006年9月29日提交的的題為“用于在等離子處理室內防止等離子不受限制故障發生的方法和裝置”的共同受讓專利申請(律師卷號P1530/LMRX-P112 ;申請號USll/537，515 ；)的優先權，后者根據35USC119(e)主張由相同申請人于2006年6月8日提交的題為“用于在等 離子處理室內防止等離子不受限制故障發生的方法和裝置”的共同擁有臨時申請(申請號US60/804, 278)的優先權，上述申請在此引入作為參考。
背景技術：
在基板，例如半導體基板或諸如使用于平板顯示器制造的玻璃平板的處理中，經常運用等離子。作為在等離子室中基板處理的一部分，例如，在一系列步驟中處理基板，其中材料被有選擇地去除(蝕刻)和沉積，以在其上形成電氣部件。在基于Exelan 等離子處理系統平臺(可從Fremont, CA的Lam Research公司獲得)的一個示例性室實施中，采用RF能量在期望的等離子保持區域(即等離子處理室內為基板處理目的而存在有等離子的區域)內引發和保持等離子。在等離子處理過程中，RF回流可能通過例如上部電極從等離子保持區域內導走。在該示例性的實施中，該RF回流穿過室頂，并經室內襯的橫向RF帶以及下部接地斗，然后回至懸臂孔內表面，由此在限制環外部傳導。沿該復雜的路徑，該RF回流穿過結合相鄰RF室部件(或元件)的多個界面。在典型地用于機械加工的部件的情況下，很多RF室部件具有匹配表面、接口、因加工或容差考慮而導致的間隙或尖銳邊緣。當相鄰的RF室部件匹配到一起時，這些尖銳角或表面本身形成間隙，從而形成對RF電流的高阻抗障礙。不希望局限于理論，確信在某些情況下，該高阻抗可導致橫跨間隙產生高電壓。如果該電壓足夠高，則可橫跨該間隙產生火花或電弧。在很多情況下，該電弧現象可導致噴射入環繞氣體空間(一個或多個)內的帶電粒子，例如電子或離子。該氣體空間環繞很多RF室部件，但不設置于期望在處理過程中產生和保持等離子的等離子產生區域內，但是在某些條件下仍可在室運行過程中被導通，并引發和/或保持等離子。因此，該不期望的帶電粒子的注入可導致在環繞這些間隙的氣體空間內不期望的等離子的引發，即使這些氣體空間不位于上述期望的等離子產生區域內(例如，大致上由上部電極、下部電極、和環繞的限制環限定的區域)。當這些不期望的引發故障中的一種發生時，等離子室據稱將遭受等離子不受限制故障(plasma un-confinement event),它是對基板處理環境和當前待處理基板而言極不期望出現的情況，并可能會導致對室硬件部件、尤其是對靜電卡盤的損壞。
應當注意到，不同的RF室可能具有不同的部件或設計，并且RF電流可能在不同的室中具有不同路徑。不考慮不同RF室的特殊性，很多室中的RF電流趨向于穿過多個RF室部件，并趨向于偶發地遭受類似的與間隙相關的電弧現象和不期望的等離子引發問題。
發明內容
在一個實施方式中，本發明涉及一種等離子處理系統，其具有配置為用于處理基板的等離子處理室。該系統包括多個部件，該多個部件中的至少兩個部件設置為以一種匹配配置形式彼此鄰近，使得在該兩個部件之間存有間隙。該間隙沿該處理過程中的RF電流路徑存在。該處理系統還包括介電防護結構，其配置為在該處理過程中，防護該間隙的至少部分不受該等離子處理室內的環繞氣體空間影響。在另一個實施方式中，本發明涉及一種等離子處理系統，其具有配置為用于處理 基板的等離子處理室。該等離子處理系統包括多個部件，該部件中的至少一個具有沿在該處理過程中的RF路徑存在的尖銳部件結構。該處理系統還包括介電防護結構，其配置為在該處理過程中，防護該尖銳部件結構中的至少部分不受該等離子處理室內的環繞氣體空間影響。在另一個實施方式中，本發明涉及一種用于配置用于處理基板的等離子處理室的方法，該等離子處理室內具有多個限制環。該方法包括為在所述處理過程中于所述等離子處理室內產生的等離子確定最壞情況德拜長度。該方法進一步包括執行調整該多個限制環中個別一些之間的間隙以及增加至少一個附加限制環中的至少一種，以確保任何一對相鄰限制環之間的間隙大于所述最壞情況德拜長度。本發明的這些和其它優點將會結合附圖，在以下本發明的具體描述中更詳細地說明。
在附圖中，本發明以示例而非限制的形式說明，并且其中類似的參考標號代表類似的元件，并且其中圖I根據本發明的一個或多個實施方式，顯示了設置于等離子處理室外部區域內的介電蓋和限制環的橫截面示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖和
具體實施方式
對本發明進行具體描述。在以下描述中，闡明了多個具體細節，以提供對本發明透徹的理解。但是，明顯地，對本領域的技術人員而言，本發明可以不具有一些或所有該具體細節而被實施。在其它情況下，未描述熟知的處理步驟和
/或結構。在本發明的實施方式中，提供了用于顯著地減少和/或防止等離子不受限制故障發生的技術和裝置。如上述討論，確信等離子室設計和/或結構的某些方面可導致電弧的產生，導致在期望的等離子保持區域外部引發等離子。如早先所提及，發明人在此確信，當相鄰室部件的匹配表面之間的間隙沿RF電流路徑(例如，RF電流回路)存在時，該間隙成為產生電弧現象的一個因素。在電弧發生過程中出現的火花導致不期望的電荷或能量注入，其可導致帶電粒子的產生和/或噴射入環繞氣體空間內。另一個導致不期望的等離子引發的因素確信為沿RF電流路徑存在的尖銳室部件邊緣或角。這些尖銳的幾何結構趨向于聚集電場，并在某些情況下導致在環繞氣體空間內不期望的帶電粒子的產生。還確信，該偶發不受限制等離子故障也可由帶來等離子密度浪涌(surge)的瞬時不穩定故障所導致。這些等離子密度浪涌可能由多種原因引起，例如RF發生器浪涌。不考慮在等離子密度內產生這些瞬時浪涌的原因，確信通過合適地配置和/或減少相鄰等離子限制環之間的空間，可增強對等離子的限制。本發明的實施方式旨在關注上述等離子不受限制的一個或多個原因。為解決涉及電弧的不期望的等離子引發問題，根據本發明的一個實施方式，提供了一種介電防護結構 (例如蓋或護套)，其可防護沿RF電流路徑存在的相鄰室部件之間的間隙免受環繞氣體空間(一個或多個)影響。大體而言，可依必要提供一個或多個護套或蓋，以提供防護功能。參考圖1，其顯示了示例性等離子處理室的相關部分，圖中顯示了介電護套102，其防護該示例性室實施內的間隙104和間隙106不受鄰近間隙104和間隙106的相鄰環繞氣體空間的影響。在圖I的示例性實施中，間隙104存在于外部電極110 (例如，其可由硅形成)和安裝板112之間的界面處。盡管外部電極110和安裝板112可匹配安裝到一起(例如，通過合成橡膠粘結)，但在相鄰的匹配表面內仍存有小的間隙。類似地，間隙106存在于安裝板112和上部室結構114 (例如，其由鋁形成)之間。確信，當RF電流沿室部件表層或表面傳導時，間隙例如間隙104可形成對RF電流的高阻抗障礙，導致橫跨該間隙產生電勢差，并且，在某些情況下，導致由電弧表征的放電現象產生。護套102可由介電材料形成(例如無機絕緣體材料)，并防護該間隙不受相鄰環繞氣體空間影響。以此種方式，即使橫跨間隙104和/或間隙106產生電弧，在電弧形成過程中所產生的火花不受環繞氣體空間影響，從而防止在環繞氣體空間內不期望的帶電粒子的產生和/或噴注，和/或不期望的等離子的引發。在一個實施方式中，護套102由石英形成，但也可采用其它合適的介電材料，例如礬土(如氧化鋁)、氮化硅等。只要護套102大體上是不導電的，護套102可由任何與在RF室內實施的等離子處理相容的材料制成。盡管圖I顯示了單個的護套，但多個護套和/或蓋也是可能的。另外，防護RF作用間隙免受環繞氣體空間影響的介電蓋可具有不同于護套的幾何形狀。護套102顯示為具有支架132，當安裝板112固定(例如，螺栓固定)到上部室結構114時，支架132位于安裝板112和上部室結構114之間。在組裝過程中，護套102可圍繞外部電極110/安裝板112結構設置，從而支架132抵靠在于安裝板112內形成的肩上。然后，該包括外部電極110、安裝板112、和護套102的結構緊固到上部室結構114，使護套102位于安裝板112和上部室結構114之間。從參考箭頭140的方向上看，沒有緊固件結構(例如螺釘頭)的暴露部分存在于護套102內，從而減小了污染誘發(contamination trapping)的可能性和/或避免了可能在等離子處理過程中導致火花產生的尖銳結構(例如螺釘頭)的出現。關鍵在于，護套102 (以及提供的防護RF作用界面之間間隙不受環繞氣體空間影響的蓋)可以構成為當被安裝于該室之內時，這些護套和蓋本身不導致電弧形成。
如上所述，沿RF電流路徑的尖銳部件結構(邊緣或角)可能會具有集中電場的效果，其導致在環繞氣體空間內不期望的帶電粒子的產生和/或不期望的等離子的引發。作為本文采用的術語，尖銳部件結構表示在多個部件之間的部件或結合部，其具有這樣的形狀，相對于其它部件結構該形狀具有增強的集中電場的能力，從而使得在環繞氣體空間內發生不期望的帶電粒子的產生和/或不期望的等離子的引發。參考圖1，接地斗(groundbucket)152的尖銳角150可能會集中電場,使得在環繞氣體空間內發生不期望的帶電粒子的產生和/或不期望的等離子的引發。需要注意的是，這是一種不同于上述RF作用間隙的不受限制等離子引發機制，因為在角150處不存在間隙。在本發明的一個實施方式中，提供由介電材料(例如不導電絕緣體材料)形成的介電角-遮蔽蓋(corner-draping cover)以防護該尖銳部件結構不受環繞氣體空間影響。該角_遮蔽蓋在圖I的不例中顯不為角_遮蔽蓋160。角-遮蔽蓋160包括一個邊緣，其在圖I中垂直向下延伸并遮蔽角150，從而形成角150的連續介電防護。在一個實施方式中， 角-遮蔽蓋160由石英形成，但也可采用其它合適的介電材料，例如礬土 (如，氧化鋁)、氮化硅等。只要角-遮蔽蓋160大體上是不導電的，角-遮蔽蓋160可由任何與在RF室內實施的等離子處理相容的材料制成。注意到并非必須由單片的材料形成角-遮蔽蓋160，以覆蓋接地斗152的所有RF作用表面。在圖I的示例中，因為接地斗的垂直側邊不暴露于期望的等離子保持區域190內的等離子，所以接地斗152的垂直側邊可依需要利用由不同或相同介電材料形成的其它蓋遮蔽。邊緣的提供和/或該兩個蓋的交疊部分允許使用多片(例如，兩片)的蓋，這降低了制造成本，因為并不需要大塊且形狀復雜的蓋。在一個示例性的實施中，接地斗152的垂直側邊利用蓋162覆蓋，蓋162可例如由塑料材料形成，例如無定形聚醚酰亞胺(通常通過名稱Ultem被熟知)。只要蓋162大體上是不導電的，蓋162可由任何在等離子處理過程中，與在RF室內實施的等離子處理相容和/或與沿接地斗的垂直側壁所存在情況相容的材料制成。蓋162和角-遮蔽蓋160可如圖I所示交疊，以提供對RF作用角和/或接地斗152的RF作用表面的完全遮蓋。如上所述，發明人在此確信該偶發不受限制等離子故障也可由帶來等離子密度浪涌的瞬時不穩定故障所導致。進一步地，不考慮在等離子密度內瞬時不穩定所產生的具體原因，確信可通過在相鄰等離子限制環之間合適的間隔而增強等離子限制。大致而言，減小相鄰等離子限制環之間的間隔(在某些情形下，可能需要用額外的限制環對現有室進行改裝)允許限制環組180在期望的等離子保持區域190內限制等離子，即使是在等離子密度浪涌產生時。但不希望局限于理論，確信，例如，即使該瞬時等離子密度浪涌多達四倍地增加，但相鄰限制環間隔二分之一的減小，即可使該限制環組令人滿意地限制等離子。通過經驗地確定相鄰限制環之間的最優間隔，偶發等離子不受限制故障的發生將會顯著地減少和/或消除。在一個實施方式中，相鄰等離子限制環之間的間隔(由變量S表示)尺寸設計為S<DL(ffC)方程 I.在方程I中，DLac)表示等離子的最差情況德拜長度(worst case Debyelength),即在最差情況等離子密度浪涌下等離子的德拜長度。盡管給定的等離子可通過不同方式被量化，但德拜長度是用于量化等離子的最熟知方法之一，并可用于計算任何等離子。關于德拜長度的進一步信息可在多種等離子參考文獻中找到，例如包括Introduction to Plasma Physics, Goldston&Rutherford(1997), Institute of PhysicsPublishing, Philadelphia, PA,其合并入此處作為參考。通過經驗或理論地為給定的等離子處理室確定最差情況等離子密度(甚至通過專業有素的猜測)，可獲取德拜長度，然后將其用于方程中以確定相鄰等離子限制環之間理想的間隔。在一個實施方式中，相鄰限制環間隔的減小，應當與從期望等離子保持區域190內滿意地排出副產品氣體的需要相平衡。過緊的間隔可能會不當地妨礙副產品氣體的去除，從而負面地影響基板處理。如果，例如，室間隔192允許，則可引入具有相應環內間隙的附加的限制環，以導出副產品氣流。在一個實施方式中，最優的相鄰限制環間隔表示這樣的距離，即該距離可顯著地減少或消除等離子不受限制故障的發生，同時未不當地影響對從等離子處理室滿意地排出副產品氣體的要求。可由此相應地配置限制環的數量。
由以上描述可以理解，本發明的實施方式可有利地減少和/或防止等離子不受限制故障的發生。通過利用介電防護結構遮蔽一個或多個部件的表面、間隙或角，該一個或多個實施方式可減少和/或防止不期望的帶電粒子進入環繞該一個或多個部件的氣體空間內。通過減小等離子限制環之間的間隔，該一個或多個實施方式可增強對等離子密度浪涌的等離子限制。其結果是，等離子處理可更穩定和/或被更好地控制。應當注意到，可在給定的等離子處理室內采用上述技術(S卩，間隙覆蓋、角-遮蔽覆蓋、和相鄰限制環間隔減小)中一個、兩個或所有三個的任何組合。另外，盡管說明了具體的室部件以利于討論，但應當理解這些技術可以被單獨或結合地調整，以沒有限制地遮蔽可能導致等離子不受限制故障發生的任何RF作用間隙或角或邊緣或突出部分。另外，應當注意，盡管本發明通過Exelan 平臺進行說明，但本發明的實施方式可適用于任何等離子處理室，包括電容耦合室、電感耦合室、微波室等。盡管本發明已通過多個實施方式進行了描述，但可具有落入本發明范圍內的變形、置換、和等同方式。例如，盡管圖I討論了用于遮蔽間隙和角的介電蓋，但也可采用其它手段，例如介電涂層。還應當注意到，具有實施本發明方法和裝置的多種備選方式。因此意在將該說明書解釋為包括落入本發明真正精神和范圍內的所有該變形、置換、和等同方式。
權利要求
1.用于防止在受限等離子保持區域之外發生的基板處理過程中的等離子不受限事件的配置等離子處理室的方法，其中所述受限等離子區域由圍繞電極底部的一組限制環所限定，所述方法包括 識別相鄰室部件的匹配表面之間的間隙，所述間隙沿射頻(RF)電流路徑存在；和 采用介電防護結構以防護所述間隙的至少部分不受所述處理過程中所述等離子處理室內的環繞氣體空間影響。
2.根據權利要求I的方法，其中所述相鄰室部件的第一室部件具有 第一表面，所述第一表面與所述相鄰室部件的第二室部件匹配，使得在所述第一室部件和所述第二室部件之間存在第一間隙，所述第一間隙在所述處理中沿所述RF電流路徑存在，所述第一室部件進一步具有在第一側的凹部，從而在所述第一表面下方形成肩部，和 第二表面，其與第一表面相對，其中所述第一室部件的所述第二表面與第三室部件匹配，使得在所述第一室部件和所述第三室部件之間存在第二間隙，所述第二間隙在所述處理中沿所述RF電流路徑存在。
3.根據權利要求2的方法，其中所述介電防護結構為具有外表面和內表面的單件連續介電護套，支架特征置于所述介電護套上端和所述介電護套下端之間的所述內表面上，使得當所述支架特征被置于所述第一室部件的所述肩部上且所述第一室部件被裝配至所述第二室部件時，所述介電護套的向上突出部分位于圍繞所述第二室部件的至少第一部分的所述支架特征上方，并從而使所述介電護套的向下突出部分位于同時覆蓋至少所述第一室部件的第一部分和所述第三室部件的第一部分的所述支架特征下方，所述介電護套的所述外表面連續跨越所述第二室部件的至少第二部分、所述第一室部件以及所述第三室部件的至少第二部分，從而減少污染。
4.根據權利要求I的方法，其中所述介電防護結構被配置為覆蓋所述間隙的所述至少所述部分，而不會將暴露的緊固件部分呈現于所述環繞氣體空間。
5.根據權利要求I的方法，其中所述介電防護結構為多片防護結構。
6.根據權利要求I的方法，其中所述介電防護結構為單片防護結構。
7.根據權利要求I的方法，其中所述介電防護結構由包括無機絕緣體材料、不導電絕緣體材料、石英、礬土材料和氮化硅中至少一種的材料形成。
8.用于防止在受限等離子保持區域之外發生的基板處理過程中的等離子不受限事件的配置等離子處理室的方法，其中所述受限等離子區域由圍繞電極底部的一組限制環所限定，所述方法包括 識別具有沿射頻(RF)電流路徑的尖銳部件結構的室部件；和采用介電防護結構以防護所述尖銳部件結構的至少部分不受所述處理過程中所述等離子處理室內的環繞氣體空間影響。
9.根據權利要求8的方法，其中所述介電防護結構為多片防護結構。
10.根據權利要求8的方法，其中所述介電防護結構為單片防護結構。
11.根據權利要求8的方法，其中所述介電防護結構由包括無機絕緣體材料、不導電絕緣體材料、石英、礬土材料和氮化硅中至少一種的材料形成。
12.根據權利要求8的方法，其中所述介電防護結構包括邊緣特征，其垂直延伸并遮蔽所述尖銳部件結構，從而至少部分防護所述尖銳部件結構不受所述環繞氣體空間影響。
13.根據權利要求12的方法，其中所述介電防護結構包括第二介電防護結構，其與所述第一介電防護結構垂直，所述第二介電結構覆蓋所述室部件的豎直側，所述第二介電防護結構的至少一部分與所述第一介電防護結構的所述邊緣特征重疊。
全文摘要
提供了防止在受限等離子保持區域之外發生的基板處理過程中的等離子不受限事件的配置等離子處理室的方法。提供了由圍繞電極底部的一組限制環限定的等離子保持區域。該方法包括測定處理過程中等離子處理室內生成的等離子的最差情況德拜長度。該方法還包括執行調節任意對相鄰限制環之間的間隙和增加至少一個額外的限制環的至少一個以確保任意對相鄰限制環之間的間隙小于該最差情況德拜長度。
文檔編號H01J37/32GK102768934SQ20121027394
公開日2012年11月7日 申請日期2007年6月8日 優先權日2006年6月8日
發明者安德烈亞斯·菲舍爾, 拉金德爾·德辛德薩 申請人:朗姆研究公司