專利名稱：具有改善的處理能力的新穎等離子體系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域一般涉及用于等離子體(plasma)裝置的創(chuàng)新等離子體生 成，并具體地涉及用于包括薄膜(film )的清洗(cleaning )、蝕刻(etching )、 沉積、以及薄膜和結構的生長的基底處理的創(chuàng)新等離子體生成。
背景技術：
概要
典型的等離子體系統(tǒng)使用具有DC、 AC或RF電壓的平行電極，以橫跨 板(plate)生成等離子體來用于基底處理應用，所述應用包括清洗、蝕刻、 沉積以及結構的生長。電極之一 (典型地為底部的一個電極)在等離子體處 理期間用作基底固定器(holder)。典型地通過頂部電極來饋送在處理期間需 要的氣體的組合(氣體混合物)。為了使氣體流動均勻、并減少反應物質 (reacted species )的等離子體駐留時間，淋浴頭(shower head)結構被用于 氣體混合物的分發(fā)。這意味著在頂部電極上存在用于形成淋浴頭結構、以用 于氣體流動均勻性的孔(aperture )。
對于使用平行板技術來進行等離子體生成的這個方案，存在多個問題， 包括
a) 由于在等離子體中生成的高能微粒碰撞頂部電極而導致電極的濺射 (sputter )，導致了電極的材料對基底的污染；
b) 影響缺陷密度和已處理基底的清潔度的淋浴頭處的微粒生成；
c) 在淋浴頭上或在其附近處的等離子體生成成分的沉積，所述沉積逐 漸沉積在淋浴頭的孔或開口 (orifice)上，導致孔的閉合，引起了不均勻的 氣體流動和不均勻的等離子體。
公開了一種使用背側電極(放置在基底固定器的相對側上的電極)來生 成并配置等離子體的新穎方法。所生成的等離子體包封(envelop)基底固定 器電極，從而消除了由直接淋浴沉積對于基底的污染、以及在處理期間來自 頂部電極的微粒的形成和沉積。它還消除了現(xiàn)在可由不導電材料制成、被置于等離子體流之外的氣體淋浴頭的閉合。因此，公開了一種新穎等離子體配
置、以及用于生成該配置的設備和方法。這個等離子體配置克服了上述現(xiàn)有 技術的問題，以用于任何選定的基底上的改善產(chǎn)出和可靠處理。 背景和現(xiàn)有技術
圖l是現(xiàn)有技術的等離子體系統(tǒng)和等離子體配置的示例。示出了兩個平
行的導電板，即具有用于連接到電壓源(voltage supply )的端子(a)和(b) 的頂部板(aa)和底部板(bb)。頂部板具有用于形成淋浴頭結構的均勻放 置的孔(ee)。使用施加到端子(a)和(b)的DC電壓、AC (或RF )電壓 或脈沖電壓波形，而在電極(aa)與(bb)之間撞擊(strike)等離子體。當 等離子體C處于電極(aa)與(bb)之間時，用于處理的氣體混合物(f) 穿過用于在等離子體箱室(chamber)中提供均勻的反應能力的淋浴頭的開 口或孔(ee)。要處理的基底(d)在處理期間埋置(sit encased)在等離子體 中。氣體混合物(f)和等離子體條件(像所提供的壓力、施加電壓、偏置 等)定義所完成的處理。該處理本身可以是表面的清洗處理、蝕刻處理、沉 積處理或者用于化學功能化(chemical functionalization)的處理。 所示出的示范性現(xiàn)有技術處理具有幾個問題。所述問題包括
a) 當點火(light)(啟動)等離子體(c)時，通過第二導電電極(aa) 中的開口 (ee)向箱室供應的氣體混合物被離子化，也就是說，存在正微粒 和負微粒，所述正微粒和負微粒存在于等離子體(c)中，并且取決于所施 加的電壓，利用能量朝向電極對所述微粒進行加速。當高能離子撞擊基底(d) 時，它們完成處理操作，但是當相反的帶電微粒撞擊另一電極(aa)時，存 在到電極的不期望能量傳輸。取決于該能量，這些離子可濺射來自電極(aa) 的材料，其然后可沉積在基底(d)上并污染了基底(d)。由于離子的能量 是隨機的向量，所以在現(xiàn)有技術的等離子體配置中，不可能完全消除由于電 極濺射所導致的這個污染。
b) 在等離子體處理期間，混合的氣體(f)被通過第二板電才及(aa)中 的孔(ee)而傳遞到等離子體箱室(c)中。由于等離子體(c)伸展跨越頂 部與底部電極之間的間隙，所以在第二電極(aa)處存在化學反應的可能性。 這些反應可導致形成散粒(particulate),所述散粒然后可被吸引到基底(d) 并撞擊到基底，在基底(d)上創(chuàng)建了不期望的微粒。這可以導致增加的缺 陷密度和所處理的基底的低產(chǎn)出。c)由于在作為第二電極(aa)的淋浴頭處的等離子體中可以發(fā)生化學 反應，所以存在反應物在淋浴頭或第二電極(aa)上累積的可能性。在處理 期間，這可導致第二電極(aa)中的孔(ee)逐漸阻塞，引起處理氣體供應 的不均勻性和氣體流(流動)變更。這依次可使該處理失控，導致不期望的 結果和已處理基底上的產(chǎn)出損失。這還可迫使對形成淋浴頭的第二電極(aa ) 進行頻繁的清洗和替換，從而增加了處理成本。

發(fā)明內容
所提出的是一種使用背側電極來啟動并維持處理箱室中的等離子體的 新穎方法。這使得能夠以如下的方式來配置等離子體，即包封具有基底的電 極，同時遮蔽基底不受來自濺射的直接污染、微粒沉積和氣體流變更。所公 開的設備和方法的這個和其它優(yōu)點實質上是新穎的，并解決了在等離子體處 理中長期存在的問題。


圖l是現(xiàn)有技術類型的示范等離子體處理系統(tǒng)。
圖2是所公開的具有單個桿式(rodtype)背部電極的示范系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖2是本公開的示范等離子體配置和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有電連接(b) 的基板(bb),在該基板(bb)上放置要處理的基底。采用桿(a)或者小板 (未示出)或環(huán)(未示出)形式的小電導體被置放在板(bb)的放置基底(d) 一側的相對側。當觸發(fā)(ignite)等離子體時，等離子體(c)配置不同于典 型平行板系統(tǒng)之處在于它包封板(bb)的保持基底(d)的所述側，如圖2 所示。通過不導電淋浴頭(e)中的孔(ee)來將該處理所需要的氣體混合 物(f)輸入到等離子體空間中，所述不導電淋浴頭(e)被置于等離子體區(qū) 域之外并且不是等離子體系統(tǒng)的電輸入電路的一部分。
在最終的配置中，在電極(a)和(b)之間生成等離子體(c)。在(a) 和(b)之間施加可以為DC、 AC (或RF)或者脈沖波形的電壓?？梢詫㈦?極(a)或(b)接地。等離子體包封在其上擱置基底(d)的電極(b)。然 后對基底(d)進行等離子體處理(清洗、沉積、蝕刻或者功能化)。按照該處理的需要，在其上擱置基底的電極(b)還可以被加熱或用作加熱器。
這個等離子體配置具有以下優(yōu)點，它克服了與現(xiàn)有技術系統(tǒng)相關聯(lián)的大 多數(shù)問題和難題，如下面所說明的。
a) 由于在電極或保持基底(d)的板(bb)周圍存在等離子體(c)，所 以存在等離子體對板(bb)的完全覆蓋。這將改善在整個基底(d)上的處 理的均勻性。
b) 由于在電極或保持基底(d)的板(bb)與保持基底(d)的板(bb) 的相對側上的第二電極(a)之間點火等離子體(c),所以基底(d)不與第 二電極(a)的位置成一直線。這消除了由于來自第二電4及(a)的賊射而導 致的基底(d)的直接污染。
c) 可能對淋浴頭(e)使用不導電且不反應的材料，這是因為其不再用 作導電電極。這允許僅僅針對氣體分發(fā)來優(yōu)化淋浴頭材料。這個新;休浴頭(e ) 還放置在等離子體(c)影響之外，以防止任何反應或濺射發(fā)生。這些完全 消除了來自淋浴頭(e)的對于基底(d)的任何污染。
d) 由于向等離子體(c)的氣體供應(f)是通過不導電淋浴頭(e)中 的開口 (ee)的，其中所述不導電淋浴頭(e)被置于在圍繞基底固定器電 極(bb)而配置的等離子體(c)之外，所以在氣體入口 (ee)處沒有化學 反應發(fā)生。這防止在氣體入口流中形成微粒，并因此減少了基底(d)的散 粒污染。這具有增加該處理的產(chǎn)出和可靠性的優(yōu)點。
e )由于在淋浴頭(e )處沒有化學反應發(fā)生，所以通過產(chǎn)物在淋浴頭(d) 上累積和淋浴頭(e)的開口 (ee)的作為結果的閉合，存在減少的堵塞(build up)反應物的機會。這將允許處理期間的均勻氣體流動，結果改善了處理的 均勻性和產(chǎn)出。這還消除了對頻繁的處理停止和停機時間以進行系統(tǒng)清洗的 需要，從而允許更好的生產(chǎn)量，減少了處理成本。
f)由于現(xiàn)在在不導電淋浴頭(e)上隔離氣體混合物區(qū)域(f)，所以可 以便利地實現(xiàn)用于氣體混合或氣體激活(例如，熱絲(hotwire))的其它策 略。
這些優(yōu)點使得使用變更后的裝置來進行基底的等離子體處理的新等離 子體配置新穎且唯一。通過克服使用平行板系統(tǒng)的現(xiàn)有4支術等離子體配置的 缺點和問題，所得到的基底提供了處理的更高的產(chǎn)出、更好的可靠性、和更 4氐的成本。
權利要求
1.一種用于基底處理的等離子體系統(tǒng)，包括導電電極，在其上能夠保持一個或多個基底；第二導電電極，與保持電極的基底相鄰但分開地放置在遠離保持基底的一側的一側上；和氣體混合物分發(fā)淋浴頭，遠離導電電極地放置在保持基底的一側，以便以均勻的方式來供應用于處理基底所需要的氣體混合物；使得在保持基底的導電電極與第二導電電極之間啟動并建立的等離子體配置包封保持基底的電極，遠離通過淋浴頭中的開口來激活并分發(fā)氣體混合物的淋浴頭，從而提供處理的均勻性、產(chǎn)出和可靠性的優(yōu)點。
2. 根據(jù)權利要求1或者具體根據(jù)其的等離子體系統(tǒng)，其中使等離子體 位于在保持基底的導電電極、與在遠離保持基底的 一側的 一側上與保持電極 的基底相鄰但分開地放置的第二導電電極之間，減少了在基底的等離子體處 理期間來自從第二電極'踐射的材料的基底污染。
3. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的等離子體系統(tǒng)， 其中等離子體配置遠離淋浴頭，使得能夠將不導電且不反應的材料用于淋浴 頭。
4. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的等離子體系統(tǒng)， 其中將不導電且不反應的材料用于淋浴頭允許像現(xiàn)有技術中尚不可能的熱 絲方法 一樣的替換的氣體混合或氣體激活方法。
5. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的等離子體系統(tǒng)， 其中使等離子體配置遠離用于分發(fā)氣體混合物的淋浴頭減少了在淋浴頭的 孔處的反應，從而減少了基底的散粒污染。
6. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的等離子體系統(tǒng)， 其中使等離子體配置遠離用于分發(fā)氣體混合物的淋浴頭減少了在淋浴頭開 口處的化學反應，從而減少了在開口處的反應產(chǎn)物的沉積，導致了在處理期 間的氣體流動的已改善均勻性和作為結果的處理均勻性。
7. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的等離子體系統(tǒng)， 其中使等離子體配置遠離用于分發(fā)氣體混合物的淋浴頭減少了在淋浴頭開 口處的化學反應，從而減少了在開口處的反應產(chǎn)物的沉積，減少了用于系統(tǒng)維護的系統(tǒng)停;機時間。
8. —種用于建立等離子體配置的方法，所述等離子體配置包封導電電 極基底保持板，所述等離子體配置建立在基底保持板與第二導體之間，該第 二導體與基底保持板接近但分開地處在保持基底的一側的相對側上，使得等 離子體遠離用于通過淋浴頭中的開口輸入用于等離子體處理所需要的氣體 混合物而使用的淋浴頭。
9. 根據(jù)權利要求8或者具體根據(jù)其的方法，其中使第二電極位于在保 持基底的一側的相對側上減少了由于來自第二電極的賊射而導致的污染。
10. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的方法，其中能 夠使用不導電且不反應的材料來制造淋浴頭。
11. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的方法，使得能 夠實現(xiàn)像熱絲方法 一 樣的氣體混合或激活方法。
12. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的方法，其中使 淋浴頭遠離等離子體減少了由于淋浴頭處的微粒生成而導致的微?；孜?染。
13. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的方法，其中使 淋浴頭遠離等離子體減少了在淋浴頭處的化學反應，從而減少了導致氣體混 合物均勻性改變的、在淋浴頭上的反應副產(chǎn)物的累積。
14. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的方法，其中淋 浴頭上的反應產(chǎn)物的累積的減少改善了在處理期間的氣體流動均勻性，導致 了改善的基底的產(chǎn)出和可靠性。
15. 根據(jù)在前權利要求中的一項或多項或者具體根據(jù)其的方法，其中淋 浴頭上的反應產(chǎn)物的累積的減少減少了對用于維護的頻繁處理停機的需要。
全文摘要
一種用于基底處理的等離子體系統(tǒng)包括導電電極(b、bb)，在其上能夠保持一個或多個基底(d)；第二導電電極(a)，與保持電極的基底相鄰但分開地放置在遠離保持基底的一側的一側上；和氣體混合物分發(fā)淋浴頭(e)，遠離導電電極地放置在保持基底的一側，以便以均勻的方式來供應用于處理基底所需要的氣體混合物(f)；使得在保持基底的導電電極與第二導電電極之間啟動并建立的等離子體配置包封保持基底的電極，遠離通過淋浴頭中的開口(ee)來激活并分發(fā)氣體混合物的淋浴頭，從而提供處理的均勻性、產(chǎn)出和可靠性的優(yōu)點。
文檔編號H01J37/32GK101636813SQ200880008256
公開日2010年1月27日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權日2007年3月12日
發(fā)明者納林·L·魯佩辛格, 肯尼思·B·K·蒂奧 申請人:艾克斯特朗股份公司