專利名稱：為延長電極壽命具有氣流修改的噴頭電極總成的制作方法
為延長電極壽命具有氣流^修改的噴頭電極總成
背景技術(shù)：
等離子處理設(shè)備通過包括蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、 化學(xué)氣相沉積(CVD)、離子注入和抗蝕劑去除^支術(shù)處理基片。一 種等離子處理中使用的等離子處理設(shè)備包括反應(yīng)室，包含有上部和 下部電^=及。在該電才及之間建立電場以將工藝氣體激發(fā)為等離子態(tài)， 乂人而在反應(yīng)室中處理基片。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于等離子處理設(shè)備的噴頭電極總成。在一個(gè)示范 性實(shí)施例中，該噴頭電極總成包括具有多個(gè)第一氣體通道和等離子 暴露表面的電才及。背襯構(gòu)件貼附于該電才及并具有與該第一氣體通道 流體連通的多個(gè)第二氣體通道。 一個(gè)或多個(gè)第一集氣室形成在該背 襯構(gòu)件中并與該第二氣體通道流體連通。當(dāng)工藝氣體流過該第 一和 第二氣體通道，在該第一和第二氣體通道產(chǎn)生總的壓降。在該第二 氣體通道的該總的壓降的部分大于在該第一氣體通道的該總的壓 降的部分。用于等離子處理"i殳備的噴頭電^f及總成的另一示范性實(shí)施 例包括具有等離子暴露表面和多個(gè)軸向延伸的第一氣體通道的石圭 電極。金屬背襯構(gòu)件貼附于該電極并具有多個(gè)與該第一氣體通道流 體連通的軸向延伸第二氣體通道。 一個(gè)或多個(gè)第一集氣室形成在該
金屬背襯構(gòu)件中并與該第二氣體通道流體連通。當(dāng)工藝氣體流過該 第一和第二氣體通道，在該第一和第二氣體通道產(chǎn)生總的壓降。在該第二氣體通道的該總的壓降的部分大于在該第一氣體通道的該 總的壓降的部分。用于等離子處理設(shè)備的噴頭電極總成的另 一 示范性實(shí)施 例，包括具有多個(gè)第一氣體通道的第一構(gòu)件，該通道具有第一部分 和比該第一部分寬的第二部分。該第一構(gòu)件具有等離子暴露表面， 該第二部分鄰近該等離子暴露表面。第二構(gòu)件貼附于該第 一構(gòu)件的 背側(cè)，該第二構(gòu)件具有多個(gè)與該第 一 氣體通道流體連通的第二氣體 通道。當(dāng)工藝氣體流過該第一和第二氣體通道，在該第一和第二部 分產(chǎn)生總的壓降。在該第二部分的該總的壓降的部分大于在該第一 部分的該總的壓降的部分。


圖l說明等離子處理設(shè)備噴頭電極總成的一個(gè)實(shí)施例和 基片支撐件的一部分的剖視圖。圖2A是圖1示出的 一部分噴頭總成的放大視圖，描述熱 控制板以及背襯構(gòu)件和上部電極中的氣體通道。圖2B示出圖2A的上部電才及結(jié)構(gòu)的暴露于等離子導(dǎo)致的
受到腐蝕的氣體通道。圖3說明等離子處理設(shè)備的噴頭電極總成另外實(shí)施例和 基片支撐件的一部分。圖4A是圖3中示出的 一部分噴頭電極總成的放大視圖， 描述熱控制板，背襯構(gòu)件和上部電極中的氣體通道，背襯構(gòu)件和上 部電4及之間的集氣室。
圖4B是圖4A中示出的一部分噴頭電極總成的俯視圖，描 述背襯構(gòu)件和上部電極中的氣體通道，背襯構(gòu)件和上部電極之間的
集氣室。圖5A說明該噴頭電極總成的額外實(shí)施例，包括熱控制板 和背襯構(gòu)件和上部電極中的氣體通道，背襯構(gòu)件和上部電極之間以 及熱控制板和背襯構(gòu)件之間的集氣室。圖5B是圖5A的噴頭電極總成的俯視圖，描述背襯構(gòu)件和 上部電極中的氣體通道，背襯構(gòu)件和上部電極之間以及熱控制板和 背襯構(gòu)件之間的集氣室。圖6是圖4A所示噴頭電極總成的實(shí)施例的俯視圖，說明 背襯構(gòu)件中的氣體通道和集氣室(虛線)相對上部電極中氣體通道 (實(shí)線)的布置。圖7是圖6的噴頭電極總成的實(shí)施例的一部分的三維立體 視圖，示出上部電極(實(shí)線)，以及背襯構(gòu)件的氣體通道和集氣室 (虛線)。圖8示出該噴頭電極總成的額外實(shí)施例的一部分，描述熱 控制板，背襯構(gòu)件和上部電極中的氣體通道，該上部電極中的氣體 通道不同部分具有不同的截面積。
具體實(shí)施例方式在等離子蝕刻或沉積系統(tǒng)運(yùn)4亍期間，通常—夸固定質(zhì)量流 率的反應(yīng)物(即，工藝氣體)傳送進(jìn)該處理室以在該晶片表面上實(shí) 現(xiàn)所需的蝕刻或沉積速率(例如，在該晶片表面上每分鐘蝕刻或沉 積若干孩l米薄膜)。乂人該氣體分配系統(tǒng)進(jìn)入該處理室的氣體通過量的局部變化會導(dǎo)致整個(gè)晶片表面上不均勻蝕刻。因此，能夠在等離 子處理期間將基本上恒定的氣體通過量？ 1入該處理室的氣體分配 系統(tǒng)對于保持均勻的蝕刻或沉積是有利的。等離子蝕刻條件對該處理室暴露于等離子的表面產(chǎn)生大
量的離子轟擊。這個(gè)離子轟擊，與等離子化學(xué)制劑和/或蝕刻副產(chǎn)物 結(jié)合，會對該處理室等離子暴露表面產(chǎn)生嚴(yán)重侵蝕、腐蝕和腐蝕-侵蝕。結(jié)果，通過物理和/或化學(xué)攻擊(包括侵蝕，腐蝕和/或腐蝕-侵蝕)去除表面材料。這個(gè)攻擊導(dǎo)致的問題包括縮短部件壽命、增 加部件成本、顆粒污染、晶上過渡金屬污染和工藝漂移。具有相對短壽命的部件通常稱為"消摔毛品"，例如，硅電 極。如果可消耗部件的壽命短，那么經(jīng)營成本就高。消耗品和其他 部件的腐蝕在等離子處理室中生成顆粒污染物。介電蝕刻工具中使 用的硅電極總成會在大量的RF小時(shí)(以小時(shí)為單位的、使用射頻功 率生成等離子的時(shí)間)后惡化。這種用過的硅電極總成在使用該電 極總成運(yùn)行大量RF小時(shí)之后表現(xiàn)出蝕刻速率下降以及蝕刻均勻性 漂移。當(dāng)硅電極總成(如噴頭電極)暴露于等離子環(huán)境，該氣 體分配通道發(fā)生侵蝕，腐蝕和/或腐蝕-侵蝕。侵蝕通常發(fā)生在這些 氣體分配通道的邊緣，導(dǎo)致這些通道變寬。結(jié)果，每個(gè)該氣體分配 通道的總的工藝氣體通過量增加。另外，這些通道的這種變寬也會 導(dǎo)致這些工藝氣體的混合率和/或速度出現(xiàn)漂移。因?yàn)楸∧さ奈g刻或 沉積速率理想;也要求工藝氣體中4爭定質(zhì)量的反應(yīng)物，工藝氣體通過 量(即，體積氣體流率)的變化會局部改變薄膜的蝕刻或沉積速率。 結(jié)果，該氣體分配通道的侵蝕會導(dǎo)致縱貫該晶片的不均勻蝕刻。圖1說明用于等離子處理設(shè)備(在其中處理半導(dǎo)體基片， 例如硅晶片)的噴頭電極總成10的實(shí)施例。該噴頭電極總成在例如
9共有美國專利申請中描述，公開號No.2005/0133160,其全部內(nèi)容通 過引用結(jié)合在這里。該噴頭電極總成10包括噴頭電極，其包括上部 電極12、固定于該上部電極12的背襯構(gòu)件14，該上部電極具有等離 子暴露表面13,以及提供在該背襯構(gòu)件14上的熱控制板16?；?撐件18 (圖l中僅示出其一部分)包括底部電極，可選的靜電夾緊 電招j殳在該等離子處理i殳備的該等離子處理室中該上部電才及12下 方。經(jīng)歷等離子處理的基片20以機(jī)械方式或靜電方式夾緊在該基片 支撐件18的上部支撐表面22。該上部電才及12可以電4妄地，或者可以力口通過射頻(RF) 電流源通電。在一個(gè)實(shí)施例中，該上部電4及12是4妄:t也，以及^)尋處于 一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)頻率的功率沖是供到該底部電才及以在該等離子處理 室中生成等離子。例如，該底部電極可由兩個(gè)獨(dú)立控制的射頻電源 在2MHz和27MHz的頻率供電。在基片20處理后，切斷乂于該底部電 才及的供電以終止等離子生成。在圖1所示的實(shí)施例中，該噴頭電極的上部電極12包括內(nèi) 部電才及構(gòu)件24和可選的外部電才及構(gòu)件26。該內(nèi)部電4及構(gòu)件24通常是 圓柱形板(例如，由單晶硅或碳化硅組成的板)。如果該板由單晶 硅制成，該內(nèi)部電極構(gòu)件24的直徑可小于、等于或大于待處理的晶 片，例如，直徑大至12英寸(300mm)。在一個(gè)4尤選實(shí)施例中，該 噴頭電極總成10的大小足以處理大基片，如直徑300mm或更大的半 導(dǎo)體晶片。對于300mm晶片，該上部電極12直徑大到300mm。然而， 該噴頭電極總成10的尺寸可"i殳為處理其他晶片尺寸或具有非圓形 構(gòu)造的基片。在所述實(shí)施例中，該內(nèi)部電極構(gòu)件24比該基片20寬。為 了處理300mm晶片，沖是供該外部電才及構(gòu)4牛26以擴(kuò)展該上部電才及12的 直徑，例如/人大約15英寸至大約17英寸。該外部電才及構(gòu)件26可以是 連續(xù)構(gòu)件(例如，連續(xù)的多晶硅環(huán))，或分段構(gòu)件(例如，包括2-6個(gè)布置為環(huán)形構(gòu)造的獨(dú)立分革殳，如由單晶石圭組成的多個(gè)分4殳)。該
上部電極12包括多段外部電極構(gòu)件26的實(shí)施例中，這些分段優(yōu)選地 具有邊緣，這些邊緣彼此重疊以保護(hù)下層的粘合材料免于暴露于等 離子。該內(nèi)部電才及構(gòu)件24優(yōu)選地包括多個(gè)穿過其的氣體通道28并且 與形成在該背襯構(gòu)件14中的多個(gè)氣體通道30對應(yīng)，用以將工藝氣體 噴射進(jìn)位于該上部電極12和該基片支撐件18之間的等離子處理室 的空間中。該熱控制板16包括多個(gè)集氣室31,以將工藝氣體分別分 配到該內(nèi)部電才及構(gòu)件24和背一于構(gòu)件14內(nèi)的氣體通道28和30。單晶硅是用于該內(nèi)部電極構(gòu)件24和該外部電極構(gòu)件26的 優(yōu)選材料。高純度、單晶硅在等離子處理期間最小化基片的污染， 并且在等離子處理期間平滑磨損，由此最小化顆粒?？捎糜诎黕^內(nèi) 部電極構(gòu)件24和該外部電極構(gòu)件26的該上部電才及12的等離子暴露 表面13的替代材料是例如SiC或AlN。在圖1所示的實(shí)施例中，該背襯構(gòu)件14包括背板32和圍繞 該背板32的邊緣延伸的背環(huán)34。在該實(shí)施例中，該內(nèi)部電極構(gòu)件24 與該背板32同延，和該外部電極構(gòu)件26與該圍繞的背環(huán)34同延。然 而，在另 一實(shí)施例中，該背+反32可延伸超出該內(nèi)部電才及構(gòu)件24,人而 可使用整體的背襯構(gòu)件來支撐該內(nèi)部電4及構(gòu)件24和該外部電極構(gòu)
貼附于該背^H"構(gòu)件14。該背—反32和背環(huán)34優(yōu)選地由與用于在該等離子處理室中 處理半導(dǎo)體基片的工藝氣體化學(xué)相容的材料制成，并且導(dǎo)電導(dǎo)熱。 可用來制作該背襯構(gòu)件14的示范性的合適的材料包括石墨、鋁、鋁 合金和SiC。該上部電極12可利用合適的材料貼附于該背板32和該可 選的背環(huán)34，如導(dǎo)電導(dǎo)熱彈性粘合材^K其適應(yīng)熱應(yīng)力并且在該上部電極12與該背板32和背環(huán)34之間傳遞熱量及電能。使用彈性體將 該電極總成的表面粘合在一起在例如共有美國專利No.6,073,577中 描述，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在這里。對于噴頭電極總成10，在噴射進(jìn)位于該上部電極12和基 片支撐件18之間的等離子處理室中的空間之前，工藝氣體從形成在 該熱控制板16中的集氣室31分別流過該上部電4及12和背襯構(gòu)件14 中的氣體通道28和3 0 。該工藝氣體在該背4于構(gòu)件14的頂部表面15以 進(jìn)入壓力(PiNLET)進(jìn)入位于背襯構(gòu)件14中的氣體通道30，并在該 等離子暴露表面13以離開壓力(POUTLET)離開位于內(nèi)部電極構(gòu)件24 的通道28。該進(jìn)入壓力和離開壓力的差是貫穿氣體通道28和30的總 的壓卩爭(即，APtotai^Pinlet畫Poutlet )°導(dǎo)率C是該氣體通道28和30通過其傳送氣體的能力。氣體 通道的導(dǎo)率由該氣體通道的尺寸和幾4可形狀確定。例如，圓柱形氣 體通道的導(dǎo)率隨著直徑增加而增加。同樣地，對于給定的氣體通道 直徑，該氣體通道的導(dǎo)率隨著通道長度增加而降低。氣體通道28和 30的總的導(dǎo)率OroTAL可以近似為該上部電極12中氣體通道28的總的 導(dǎo)率(CE )和該背襯構(gòu)件14中氣體通道30的總的導(dǎo)率(CB )的和(即， Ctotal二Ce+Cb )。氣體通道28和30的總的氣體通過量Q由該氣體通道28和 30總的導(dǎo)率與該總的壓降的乘積確定(即，Q=CTOTALAPTOTAL= (CE+CB ) APtotal )。然而，因?yàn)樵搩?nèi)部電才及構(gòu)件24具有等離子暴 露表面13，氣體通道28受到侵蝕，改變每個(gè)氣體通道28的幾何形狀 并提高氣體通道28的總導(dǎo)率或CE。該總的壓降(APtotal)和該氣體 通道30的導(dǎo)率(CB )在氣體通道28被侵蝕時(shí)基本上保持恒定。然而， 該氣體通道28的侵蝕所導(dǎo)致的導(dǎo)率CE的任何增加影響(即，增加) 總的氣體通過量Q。
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圖2A和2B描述上部電極的電才及中的氣體通道發(fā)生侵蝕。 圖2A是熱控制板16的一部分的放大視圖，該熱控制板包括與圖l所 示的軸向氣體通道28和30流體連通的集氣室31。在圖2A,該背襯構(gòu)
-說，氣體通道30和28之間一對一對應(yīng)。隨著工藝氣體流過氣體通道 28和30以供應(yīng)該反應(yīng)室，纟從貫該氣體通道28、 30有一個(gè)總的壓降。 對于圖2A所示的實(shí)施例，計(jì)算機(jī)才莫擬已經(jīng)證明該總的壓降， △Ptotal,的大約20%發(fā)生在位于背襯構(gòu)件14中的氣體通道30;該總 的壓降的其余部分(總的壓降的大約80%)發(fā)生在氣體通道28中。 氣體通道28位于內(nèi)部電極構(gòu)件24中，其在等離子暴露表面13經(jīng)受等 離子侵蝕。如圖2B所示，該內(nèi)部電才及構(gòu)件24長期暴露于等離子環(huán)境 導(dǎo)致在該等離子暴露表面13處氣體通道28的邊緣(由虛線橢圓形標(biāo) 出)發(fā)生^f憂蝕。軸向圓柱形氣體通道28的^f菱蝕導(dǎo)致該氣體通道28最 接近等離子的區(qū)域變寬。該氣體通道28的幾何形狀的改變增加其導(dǎo) 率，CE，并因此改變通過氣體通道28的總的氣體通過量。此外，因 為總的壓降的大部分發(fā)生在氣體通道28 ，由于氣體通道28的侵蝕所 導(dǎo)致的導(dǎo)率CE的任何變化對氣體通道28和30的總的氣體通過量Q具 有相對更大的影響。例如，^iitAPE=0.8APTOTAL^pAPB=0.2APTOTAL, 該總的氣體通過量Qi.80 (CEAPTOTAL) +0.20 (CBAPTOTAL)。因此， 因?yàn)镃eAPtotal項(xiàng)對該總的通過量Q的影響較大，所以由于等離子侵 蝕導(dǎo)致的氣體通道28的導(dǎo)率，CE，的4壬何變化對改變該氣體通過量 Q的影響比該CBAPTOTAL項(xiàng)大。結(jié)果，該內(nèi)部電極構(gòu)件24必須定期更 換?！?br> 量Q (即使在氣體通道28受到侵蝕之后)的解決方案是改變這些氣
體流動3各徑以有步文:l也最小4匕該氣體通道28的該CEAP丁otal乂于該總通過量Q的影響，從而減小因?yàn)楸┞队诘入x子導(dǎo)致氣體通道28侵蝕而
產(chǎn)生Ce的變化對Q的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，通過改變APTOTAL的分 布而修改該電極總成的氣體流動性能，從而該總的壓降A(chǔ)PTOT亂較d 、
的部分發(fā)生在該氣體通道28的凈皮侵蝕區(qū)域。例如，可以修改該背襯 構(gòu)件14和該上部電才及12中的氣體流動^各徑/人而該總的壓降A(chǔ)Ptotal 舉交小部分發(fā)生在上部電才及12中的氣體通道28。也就是"i兌，該 CEAPtotal項(xiàng)對該總通過量Q的影響可通過降^氐貫穿氣體通道28的 該總的壓降A(chǔ)Ptotal的百分比而減小?？偟膲航礎(chǔ)Ptotal在該氣體通道28的受侵蝕區(qū)域的百分 比的降<氐可通過下面一種或多種結(jié)構(gòu){奮改來實(shí)現(xiàn)改變氣體通道28 和30的總量；改變該氣體通道28和/或30的形狀和/或尺寸；改變氣 體通道28與各自氣體通道30連通比率；或在該背襯構(gòu)件14和上部電 極12之間增加一個(gè)或多個(gè)具有合適幾何形狀的集氣室。這些結(jié)構(gòu)特 征可單獨(dú)優(yōu)化或組合優(yōu)化以獲得在氣體流過氣體通道28和30期間 所需要的氣體通道28中的總的壓降A(chǔ)Ptotal的百分比。圖3說明用于等離子處理i殳備的噴頭電極總成IO，包括對 該氣體分配通道28和30特征的{奮改。對于這個(gè)實(shí)施例，該背襯構(gòu)件 14中的每個(gè)軸向氣體通道30只于應(yīng)該上部電才及12 (例3。，內(nèi)部電才及構(gòu) 件24)中的兩個(gè)氣體通道28，每個(gè)氣體通道30與形成在該背襯構(gòu)件 14表面中的各自的集氣室36流體連通。在替代性的實(shí)施例中，該背襯構(gòu)件14中的每個(gè)氣體通道 30可對應(yīng)該內(nèi)部電才及12中的超過兩個(gè)的氣體通道28,如三個(gè)或四個(gè)
氣體通道。圖4A和4B說明圖3所示該噴頭電極總成的一部分，描述 該熱控制一反16,其包括與氣體通道30和28流體連通的集氣室31,在 背襯構(gòu)件14中具有集氣室36。也就是i兌，氣體通道28和氣體通道30之間是二對一對應(yīng)。背襯構(gòu)件14中的集氣室36用來均勻地將氣體從 氣體通道30分配至氣體通道28。對于這個(gè)實(shí)施例，例如背襯構(gòu)件14 可由鋁組成，而上部電4及12由石圭組成。圖4B是圖4A所示的該噴頭電極總成的一部分的實(shí)施例 的俯視圖，其中背襯構(gòu)件14和上部電極12是圓形，該集氣室36是背 襯構(gòu)件14面向上部電才及12的表面中形成的徑向隔開的環(huán)形通道(為 了簡明未示出熱控制板16 )。集氣室36可以使連續(xù)的或者分段的。 例如，在該實(shí)施例中，氣體通道28和30的直徑的范圍/人0.001至0.010 英寸。該集氣室36的深度范圍可/人0.01至0.03英寸。對于圖4A和4B所示的實(shí)施例，通過計(jì)算機(jī)才莫擬已經(jīng)證明 總的壓降的大約78。/。發(fā)生在位于背襯構(gòu)件14中的氣體通道30;該總 的壓降的其余部分(該總的壓降的大約22%)發(fā)生在氣體通道28。 這是圖2A所示的該氣體通道28和30對該總的壓降的影響基本上相 反。因此，在圖4A和4B所示的該實(shí)施例中，因?yàn)樵摽偟膲航敌〉枚?的部分(總的壓降的大約22%)發(fā)生在氣體通道28,所以氣體通道 28的侵蝕而導(dǎo)致的導(dǎo)率CE的任何變化對氣體通道28和30的總的氣 體通過量Q產(chǎn)生較小的影響(即，Q=0.22 ( CEAPTOTAL ) +0.78
(CBAPTOTAL ))。結(jié)果，因?yàn)镃EAPTOTAL對該總的氣體通過量Q的影響
降低，所以由于等離子侵蝕導(dǎo)致氣體通道28的導(dǎo)率CE變化(如圖2B 所示)對改變該通過量Q的作用相比圖2A中所示實(shí)施例的該氣體通
道28的這種侵蝕較小。例如，CBAPTOTAL與CEAPTOTAL的比的范圍可
乂人大約3:1至5:1。由于產(chǎn)生更恒定的氣體通過量，圖4A和4B示出的 該硅上部電極12就可能提供更長的壽命，盡管體通道28會受到侵蝕。圖5 A和5Bi兌明該噴頭電才及總成的替代性實(shí)施例，其中在 該集氣室31和該背4t構(gòu)件14之間、該背4于構(gòu)4牛14的頂部表面15上形 成額外的集氣室38。該集氣室38是與一個(gè)或多個(gè)氣體通道30和該熱控制板16中集氣室31對準(zhǔn)。如所示，集氣室38寬度小于集氣室36。 可以優(yōu)化該集氣室38的尺寸從而更少的百分比的總的壓降A(chǔ)Ptotal 發(fā)生在氣體通道28中。例如，集氣室38可以環(huán)形通道或凹槽。圖5B是圖5A所示實(shí)施例的俯視圖，其中背襯構(gòu)件14和上 部電極12是圓形，該集氣室36、 38是該背襯構(gòu)件14面向上部電極12 和背離上部電才及12的相對表面上的徑向隔開的環(huán)形通道(為了簡明 未示出熱控制板16)。集氣室36、 38可以是連續(xù)的或分段的。圖6是圖4A和4B中的實(shí)施例的上部電極12的俯視圖，說 明背一于構(gòu)件14 (未示)中氣體通30和環(huán)形集氣室36相對該上部電相^ 12中氣體通道28的布置。通常，該上部電極12是圓板，氣體通道28 和30在距該板中心軸C不同的徑向距離軸向延伸通過該— 反。在這個(gè) 實(shí)施例中，集氣室36A/36B可以是連續(xù)的環(huán)形凹槽，如圖4B所示， 或不是連續(xù)延伸360。，如大約60?；虼蠹s90。(未示)。圖6還i兌明氣體通道30和28不同位置構(gòu)造的兩個(gè)實(shí)施例。 在一個(gè)實(shí)施例中，對應(yīng)集氣室36A,氣體通道30和兩個(gè)相應(yīng)的氣體 通道28相對于圓形上部電極12的中心C的徑向距離不同。在另 一實(shí) 施例中，對應(yīng)集氣室36B，氣體通道30和兩個(gè)相應(yīng)的氣體通道28相 對于該圓形上部電極12的中心C的徑向距離大約相同，但是全部氣 體通道具有不同的角位置。圖7是圖6的該噴頭電極總成實(shí)施例的一部分的三維立體 圖。圖7還說明氣體通道28、 30和集氣室36A、 36B的布置(為了簡 明未示出背襯構(gòu)件14)。圖4所示氣體通道28和氣體通道30之間具有二對一關(guān)系 的實(shí)施例需要形成較少的氣體通道30。另外，該氣體通道30和28之
16間的流體連通可在該氣體通道30和28之間沒有精確對準(zhǔn)的情況下
實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，氣體通道28^又需要與對應(yīng)的環(huán)形集氣室36對準(zhǔn)。在該噴頭電極總成的一個(gè)實(shí)施例中，背襯構(gòu)件14是金屬 材料，如鋁或鋁合金。相比其他非金屬部件如石墨背襯構(gòu)件，金屬 部件通常是具有更好的效費(fèi)比，并且更容易機(jī)加工。對于一些應(yīng)用， 金屬材料比非金屬材料(如石墨)提供更好的極端運(yùn)行條件下的穩(wěn) 定性和產(chǎn)生更少的顆粒。然而， -使用鋁背^N"構(gòu)件14會導(dǎo)致特定的工 藝氣體與鋁之間相互作用。例如，可在等離子工藝室中4吏用含氟氣體(例如，CF4， CHF3)等離子以蝕刻介電或有機(jī)材料。由這些氣體產(chǎn)生的等離子由 部分離子化的氟氣組成，包括離子、電子和其他中性物質(zhì)，如原子 團(tuán)。然而，鋁的室硬件，當(dāng)暴露于低壓、高能、含氟氣體等離子時(shí)， 會產(chǎn)生氟化鋁(即，A1FX)副產(chǎn)物。圖4A、 4B和5A、 5B所示的噴頭電才及總成的實(shí)施例適于 在使用含氟工藝氣體時(shí)降低該鋁背襯構(gòu)件14暴露于這樣的氟離子 和/或原子團(tuán)。在等離子處理其中，這種工藝氣體、氟離子或原子團(tuán) 會移動通過氣體通道28并與該鋁制背^H"構(gòu)件14反應(yīng)。因此，相比圖 2A所示的實(shí)施例，該集氣室36增加離子或原子團(tuán)的擴(kuò)散長度(即， 從該氣體通道28上端到該背襯構(gòu)件的鋁表面的距離)，降低這種例 子或原子團(tuán)與該鋁制背襯構(gòu)件14反應(yīng)的可能性。也就是說，該集氣 室3 6減少該等離子中離子或原子團(tuán)到暴露的鋁表面的視線。在另 一 實(shí)施例中，可通過利用防止鋁和氟之間反應(yīng)的涂 層涂覆該背襯構(gòu)件14形成該集氣室36的表面來最小化鋁氟化物形 成。例如，可對于該背襯構(gòu)件14形成集氣室36的表面進(jìn)行陽極氧化， 或利用合適的陶瓷或聚合物涂層涂覆。陶瓷涂層的示例包括氧化物(例如，氧化硅、氧化鋁)，氮化物或石友化物。聚合物涂層的示例
包括聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK)。圖8i兌明該噴頭電才及總成額外的實(shí)施例，其中氣體通道28 的侵蝕對氣體通道28和30的總的氣體通過量Q具有更小的影響。如 圖8中可見，氣體通道28包括第 一部分40和比該第 一部分38寬的第 二部分42。該第二部分42鄰近等離暴露表面13。隨著工藝氣體流過 氣體通道28,相比氣體通道28的該第二部分42，該總的壓降A(chǔ)PTOTAL 的專交大部分發(fā)生在較小的第一部分40。因此，這種在該氣體通道出 口端附近的總壓降A(chǔ)Ptotal的百分比的減少降低侵蝕對流過該氣體 分配通道28和30的總通過量Q的影響。盡管參照多個(gè)具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員清楚，在不背離所附權(quán)利要求范圍的情況下，可進(jìn)行各種 不同的改變和{奮改，以及應(yīng)用等同方式。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子處理設(shè)備的噴頭電極總成，包括電極，其具有多個(gè)第一氣體通道以及等離子暴露表面；背襯構(gòu)件，貼附于該電極，并且具有多個(gè)與該第一氣體通道流體連通的第二氣體通道；一個(gè)或多個(gè)第一集氣室，形成在該背襯構(gòu)件中并與該第二氣體通道流體連通；其中當(dāng)工藝氣體流過該第一和第二氣體通道時(shí)，在該第一和第二氣體通道產(chǎn)生總的壓降，在該第二氣體通道的該總的壓降的部分大于在該第一氣體通道的該總的壓降的部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭電極總成，其中兩個(gè)或多個(gè)該第一 氣體通道與一個(gè)第二氣體通道流體連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴頭電極總成，其中該兩個(gè)第 一 氣體通 道和該一個(gè)第二氣體通道i殳在相對于各自電才及和背襯構(gòu)件中 心不同的徑向卩立置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴頭電極總成，其中該兩個(gè)第 一 氣體通 道和一個(gè)第二氣體通道設(shè)在相對于各自電極和背襯構(gòu)件的中心基本上相同的徑向位置和不同的角位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭電極總成，其中該電極由硅、石墨 或石友^^圭組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭電極總成，其中該背襯構(gòu)件由鋁、石墨或-友^b石圭組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭電極總成，其中該一個(gè)或多個(gè)第一集氣室形成在該背襯構(gòu)件面向該電極的表面中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭電極總成，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè) 第二集氣室，形成在該背襯構(gòu)件背離該電極的表面中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴頭電極總成，其中該第一和第二集氣 室是徑向隔開的環(huán)形通道。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴頭電極總成，其中該第 一和第二集氣 室是連續(xù)的或分段的。
11. 一種用于等離子處理i殳備的噴頭電極總成，包括硅電極，其具有等離子暴露表面，該電極具有多個(gè)軸向 延伸的第一氣體通道；金屬背襯構(gòu)件，貼附于該電極并具有多個(gè)與該第一氣體 通道流體連通的軸向延伸的第二氣體通道；一個(gè)或多個(gè)第一集氣室，形成在該金屬背襯構(gòu)件內(nèi)并與 該第二氣體通道流體連通；其中當(dāng)工藝氣體流過該第一和第二氣體通道時(shí)，在該第 一和第二氣體通道產(chǎn)生總的壓降，在該第二氣體通道的該總的 壓降的部分大于在該第一氣體通道的該總的壓降的部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴頭電極總成，其中該金屬背襯構(gòu)件 由鋁或鋁合金組成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴頭電極總成，其中該金屬背襯構(gòu)件 形成該第一集氣室的表面涂有陽4及氧化處理的鋁、陶瓷或聚合 物材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴頭電極總成，進(jìn)一步包括形成在該 金屬背襯構(gòu)件背離該硅電極的表面中的一個(gè)或多個(gè)第二集氣 室，其中每個(gè)第二集氣室與一個(gè)或多個(gè)第二氣體通道流體連通。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴頭電極總成，進(jìn)一步包括貼附于該 金屬背襯構(gòu)件的熱控制板。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的噴頭電極總成，其中該第一和第二集 氣室是連續(xù)的或分段的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的噴頭電極總成，進(jìn)一步包括一個(gè)或多 個(gè)形成在該熱控制板中的第三集氣室，其中每個(gè)第三集氣室與 一個(gè)或多個(gè)第二氣體通道流體連通。
18. —種在等離子處理設(shè)備中處理半導(dǎo)體基片的方法，該方法包 括將基片設(shè)在等離子處理設(shè)備的處理室的基片支撐件上；利用權(quán)利要求11所述的噴頭電極總成將工藝氣體引入該 反應(yīng)室；由該工藝氣體在該噴頭電4及總成和該基片之間的該反應(yīng) 室中生成等離子；利用該等離子處理該基片。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該工藝氣體是含氟氣體， 該金屬背襯構(gòu)件由鋁或鋁合金組成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所迷的方法，其中涂覆該金屬背襯構(gòu)件面向 該電極的形成該一個(gè)或多個(gè)第一集氣室的表面，其中涂覆適于減少氟^b鋁形成。
21. 才艮據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)第二集 氣室，形成在該金屬背襯構(gòu)件背離該硅電極的表面，其中每個(gè) 第二集氣室與一個(gè)或多個(gè)第二氣體通道流體連通。
22. —種用于等離子處理設(shè)備的噴頭電極總成，包括第一構(gòu)件，具有多個(gè)第一氣體通道，該第一氣體通道具 有第 一部分和比該第 一部分寬的第二部分，該第 一構(gòu)件具有等 離子暴露表面，其中該第二部分鄰近該等離子暴露表面；第二構(gòu)件，貼附于該第一構(gòu)件的背側(cè)，該第二構(gòu)件具有 多個(gè)與該第 一氣體通道流體連通的第二氣體通道，其中當(dāng)工藝氣體流過該第一和第二氣體通道時(shí)，在該第 一氣體通道的該第 一和第二部分產(chǎn)生總的壓降，在該第二部分 的該總的壓降的部分大于在該第一部分的該總的壓降的部分。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的噴頭電極總成，其中該第一構(gòu)件是硅 電極。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的噴頭電極總成，其中該第二構(gòu)件是金 屬背襯構(gòu)件。
全文摘要
提供一種用于等離子處理設(shè)備的噴頭電極總成。該噴頭電極總成包括第一構(gòu)件，貼附于第二構(gòu)件。該第一和第二構(gòu)件具有流體連通的第一和第二氣體通道。當(dāng)工藝氣體流過這些氣體通道，在該第一和第二氣體通道產(chǎn)生總的壓降。在該第二氣體通道的該總的壓降的部分大于在該第一氣體通道的該總的壓降的部分。
文檔編號H01L21/205GK101563762SQ200780046900
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者基思·科門丹特, 安東尼·J·諾雷爾, 安東尼·德拉列拉, 小威廉姆·M·丹蒂, 拉金德爾·德辛德薩, 杰森·奧古斯蒂諾, 沙魯巴·J·烏拉爾, 王云昆, 艾倫·K·龍尼, 金在賢 申請人:朗姆研究公司