空氣冷卻的法拉第屏蔽罩和使用該屏蔽罩的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及空氣冷卻的法拉第屏蔽罩和使用該屏蔽罩的方法，具體提供了一種用于等離子體處理室中的處理室和法拉第屏蔽罩系統(tǒng)。一種系統(tǒng)包括限定法拉第屏蔽罩的圓盤結(jié)構(gòu)，并且所述圓盤結(jié)構(gòu)具有處理側(cè)和后側(cè)。所述圓盤結(jié)構(gòu)自中心區(qū)域之間延伸到周邊區(qū)域。所述圓盤結(jié)構(gòu)存在于所述處理空間內(nèi)。所述系統(tǒng)還包括具有內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂，用于輸送從輸入管道接收到的流體流并從輸出管道排出所述流體流。所述轂具有耦合到所述圓盤結(jié)構(gòu)的后側(cè)的中心區(qū)域的交界面。流體輸送控制裝置耦合到所述轂的所述輸入管道。所述流體輸送控制裝置被配置成具有流速調(diào)節(jié)器。經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣可以是經(jīng)放大的或者可以是壓縮干燥空氣(CDA)。
【專利說明】空氣冷卻的法拉第屏蔽罩和使用該屏蔽罩的方法
要求優(yōu)先權(quán)
[0001]本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.119 § (e)要求于2013年7月17日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/847，407，以及發(fā)明名稱為“空氣冷卻的法拉第屏蔽罩和使用該屏蔽罩的方法”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其全文通過引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體制造，并且更具體地說，涉及含有在等離子體蝕刻裝置中使用的法拉第屏蔽罩的室。
【背景技術(shù)】
[0003]在半導(dǎo)體制造中，通常并反復(fù)進(jìn)行蝕刻處理。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，有兩種類型的蝕刻處理:濕蝕刻和干蝕刻。一種類型的干蝕刻是使用諸如變壓器耦合等離子體(TCP)室之類的電感耦合等離子體蝕刻裝置進(jìn)行的等離子體蝕刻。
[0004]等離子體包含各種類型的自由基，以及正離子和負(fù)離子。該各種自由基、正離子和負(fù)離子的化學(xué)反應(yīng)用于蝕刻晶片的特征、表面和材料。在蝕刻處理期間，室線圈執(zhí)行類似于變壓器中的初級(jí)線圈的功能的功能，而等離子體執(zhí)行類似于變壓器中的次級(jí)線圈的功能的功能。
[0005]通過蝕刻處理產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物可以是揮發(fā)性的或非揮發(fā)性的。揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物通過排氣口與使用過的反應(yīng)氣體一起排出。然而，非揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物通常留在蝕刻室中。該非揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物可能附著在室壁和介電窗上。非揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)該窗的附著可能會(huì)干擾蝕刻處理。過度的沉積可能導(dǎo)致顆粒由該窗剝落到晶片上，從而干擾蝕刻處理。在一些實(shí)施方式中，在室內(nèi)部使用法拉第屏蔽罩，使得該法拉第屏蔽罩阻止在該窗上的沉積。在這種情況下，然后沉積物將積累在該法拉第屏蔽罩上，隨著時(shí)間的推移，這也能導(dǎo)致顆粒的剝落或剝離。如果為了延長時(shí)間周期而向該法拉第屏蔽罩施加過高的溫度，則該法拉第屏蔽罩本身的涂層也可以脫落。
[0006]在TCP室中，主要是通過存在于該窗上方的TCP線圈輸送加熱所述室及其相關(guān)部件的功率。在蝕刻處理期間，室及其部件可以通過各種步驟循環(huán)，使熱量從該處理到達(dá)類似的循環(huán)水平，例如，從熱到非常熱、或從冷到熱、從熱到冷，等等。當(dāng)該法拉第屏蔽罩接收這樣的沉積物時(shí)，則該溫度循環(huán)本身可能導(dǎo)致該沉積材料的這種剝落或剝離。目前，為了解決這個(gè)問題，需要經(jīng)常清潔室，或者當(dāng)確定存在于該法拉第屏蔽罩中的沉積物(例如，蝕刻副產(chǎn)物)可能剝落或剝離，并且最終降落在正被處理的晶片上的時(shí)候需要清潔室。
[0007]本發(fā)明的實(shí)施方式就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]等離子體處理室利用射頻(RF)功率在室中產(chǎn)生等離子體。該RF功率通常經(jīng)由電介質(zhì)(陶瓷或石英窗)引入，并且也可以通過經(jīng)涂覆(例如，陽極氧化)的法拉第屏蔽罩(例如，接地的金屬或浮動(dòng)電介質(zhì))耦合，該法拉第屏蔽罩浸沒在等離子體環(huán)境中。在等離子體處理過程中，RF感應(yīng)加熱使該法拉第屏蔽罩的溫度升高，并可能急劇地升高該法拉第屏蔽罩的溫度至超過使陽極氧化涂層或沉積的等離子體副產(chǎn)物開始剝落和/或剝離的閾值，這可能會(huì)產(chǎn)生晶片上的顆粒和缺陷問題。本文所定義的實(shí)施方式提供的方法和結(jié)構(gòu)用于控制和/或維持法拉第屏蔽罩的成功操作的溫度并最大限度地減少熱循環(huán)的問題。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方式中，通過升高或預(yù)設(shè)空氣流動(dòng)到與法拉第屏蔽罩接合的轂的速率可以幫助降低該法拉第屏蔽罩中心區(qū)域附近的溫度。這提供了在操作過程中控制該法拉第屏蔽罩的溫度和降低溫度寬周期波動(dòng)的方法和系統(tǒng)。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方式中，壓縮干燥空氣(CDA)在空氣路徑導(dǎo)向壓力通風(fēng)系統(tǒng)的協(xié)助下提供了一種冷卻該法拉第屏蔽罩的方法，該空氣路徑導(dǎo)向壓力通風(fēng)系統(tǒng)將空氣導(dǎo)向中心轂，從而將多余的熱量去除并將該熱量移出進(jìn)入TCP線圈的外殼。在一個(gè)實(shí)施方式中，相當(dāng)于10立方英尺/分鐘(CFM)或更大的流量并且在10至20磅/平方英寸(PSI)的范圍內(nèi)的高進(jìn)口壓力的壓縮干燥空氣(CDA)，使得在狹窄的空氣壓力通風(fēng)系統(tǒng)中能形成超強(qiáng)對(duì)流。其它示例性的參數(shù)描述如下。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方式中，該壓力通風(fēng)系統(tǒng)連接到中央空氣輸送轂，該中央空氣輸送轂支持空氣入口和空氣出口的一個(gè)或多個(gè)流以獲得最佳的混合以及獲得自法拉第屏蔽罩的內(nèi)部接觸面的最佳的散熱，并降低了該屏蔽罩的工作溫度以及最大限度地減少熱循環(huán)的問題。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施方式中，替代CDA，可以使用空氣，并利用空氣放大器來增大流量或利用基于液體的冷卻。此外，空氣放大器也可以適應(yīng)于各種各樣的竄氣壓力通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)優(yōu)化空氣路徑并產(chǎn)生均勻的溫度分布，且提供范圍廣泛的用于在RF或等離子體環(huán)境中的內(nèi)部的法拉第屏蔽罩和/或部件的窗冷卻選項(xiàng)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種在等離子體處理室中使用的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括限定法拉第屏蔽罩的圓盤結(jié)構(gòu)，并且該圓盤結(jié)構(gòu)具有處理側(cè)和后側(cè)。該圓盤結(jié)構(gòu)自中心區(qū)域到周邊區(qū)域之間延伸。該圓盤結(jié)構(gòu)存在于處理空間(volume)內(nèi)。該系統(tǒng)還包括具有內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂，該內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)用于輸送從輸入管道接收到的空氣流并從輸出管道排出空氣流。該轂具有耦合到該圓盤結(jié)構(gòu)的后側(cè)的中心區(qū)域的交界面。流體輸送控制裝置耦合到該轂的輸入管道。流體輸送控制裝置被配置成具有流速調(diào)節(jié)器。經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣可以是經(jīng)放大的或壓縮的干燥空氣(CDA)。該系統(tǒng)包括耦合到該轂的輸出管道的流體去除控制裝置，該流體去除控制裝置用于從該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)去除空氣流。該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定進(jìn)出該轂的環(huán)路，并且空氣流與處理空間隔離。提供了用于控制設(shè)置空氣流的流速的流速調(diào)節(jié)器的控制器。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開了一種等離子體處理裝置。該裝置包括具有壁的室和限定在處理空間中的襯底支撐件，以及法拉第屏蔽罩。該法拉第屏蔽罩具有圓盤狀物，其具有處理側(cè)和后側(cè)，并且該圓盤狀物自中心區(qū)域到周邊區(qū)域之間延伸。該法拉第屏蔽罩限定在處理空間內(nèi)，使得該處理側(cè)面向襯底支撐件。該裝置包括具有內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂，該內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)用于輸送從輸入管道接收到的流體流并從輸出管道排出流體流。該轂具有與該法拉第屏蔽罩的后側(cè)的中心區(qū)域熱耦合的交界面。流體輸送控制裝置耦合到該轂的輸入管道，該流體輸送控制裝置被配置成具有流速調(diào)節(jié)器，流速調(diào)節(jié)器用于設(shè)置流經(jīng)該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)的流體流的流速。流體去除控制裝置耦合到該轂的輸出管道，該流體去除控制裝置用于從該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)去除流體流。
[0015]在又一實(shí)施方式中，公開了一種用于控制設(shè)置在等離子體處理室的處理空間內(nèi)的法拉第屏蔽罩的溫度的方法。該方法包括將轂熱耦合到在法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的法拉第屏蔽罩的后側(cè)。該轂具有用于接收空氣并排出空氣的壓力通風(fēng)系統(tǒng)，使得空氣通過壓力通風(fēng)系統(tǒng)流通。該方法包括提供空氣流到該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)中。在處理空間的外部保持空氣流進(jìn)出該壓力通風(fēng)系統(tǒng)。該方法還包括調(diào)節(jié)流入該壓力通風(fēng)系統(tǒng)的空氣的流速。配置該調(diào)節(jié)來控制調(diào)整該轂在與該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域熱耦合處的溫度。該調(diào)節(jié)與在該處理空間中進(jìn)行的處理步驟相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施方式中，增大空氣的流速以減少法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的溫度，從而引起通過該法拉第屏蔽罩朝向中心區(qū)域的熱傳導(dǎo)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]通過參考以下結(jié)合附圖的描述可以更好地理解本發(fā)明連同其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]圖1根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了用于蝕刻操作的等離子體處理系統(tǒng)。
[0018]圖2A根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了在等離子體處理中使用的室的部分，其具有與轂接合的法拉第屏蔽罩，該轂用于在處理空間的外部將熱傳導(dǎo)遠(yuǎn)離該法拉第屏蔽罩。
[0019]圖2B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了具有轂和該轂用于接觸法拉第屏蔽罩的交界面以及任選地接觸介電窗的室的另一個(gè)簡化的實(shí)施例。
[0020]圖2C-2E根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了轂和/或轂和法拉第屏蔽罩的示例性的替代的界面或結(jié)構(gòu)。
[0021]圖2F根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了通過法拉第屏蔽罩體朝向法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的熱傳導(dǎo)的圖形表示。
[0022]圖3A-3D根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了其它替代的轂結(jié)構(gòu)、界面、壓力通風(fēng)系統(tǒng)和法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的變化方案。
[0023]圖4A-4B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了又一種替代的轂結(jié)構(gòu)、以及除了與法拉第屏蔽罩的交界面還有介電窗的交界面。
[0024]圖5A-1及圖5A-2根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了介電窗(當(dāng)與轂接觸或靠近該轂設(shè)置)的示例性的溫度變化，以及基于空氣的流速的變化的相關(guān)變化。
[0025]圖5B-1和5B-2根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了法拉第屏蔽罩的示例性的溫度變化和基于空氣的流速的變化的相關(guān)變化。
[0026]圖6A和6B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了示例性的操作方法，該方法使用具有轂的法拉第屏蔽罩以空氣冷卻該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域，從而從處理空間的外部使熱傳導(dǎo)離開該法拉第屏蔽罩。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明公開了在半導(dǎo)體器件的制造期間在蝕刻半導(dǎo)體襯底以及在半導(dǎo)體襯底上形成的層的過程中使用的裝置。該裝置由室限定，在該室中進(jìn)行蝕刻。在該室內(nèi)設(shè)置法拉第屏蔽罩。配置轂與法拉第屏蔽罩接合，使得接觸提供熱界面。該轂被連接到多個(gè)輸送流體并從該轂排出流體的管道，使得以增加的速率輸送通過該轂的流體。多個(gè)導(dǎo)管連接到轂內(nèi)部的壓力通風(fēng)系統(tǒng)，從而使得流體進(jìn)入該轂并且流出該轂。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，該轂是與該法拉第屏蔽罩熱耦合并熱接合(以及任選地也與該窗熱耦合并熱接合)的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)或者是與該法拉第屏蔽罩成一體的結(jié)構(gòu)。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，流體是空氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，空氣是壓縮干燥空氣(CDA)。在該室的操作過程中，通過使空氣往來于熱連接到該法拉第屏蔽罩的轂的流動(dòng)，使得該法拉第屏蔽罩在接合處的溫度相對(duì)于該法拉第屏蔽罩在室的運(yùn)行期間升高的溫度降低。在一個(gè)實(shí)施方式中，空氣以預(yù)先計(jì)算的、選擇的或調(diào)節(jié)的一系列的流速流經(jīng)該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)以降低該法拉第屏蔽罩和/或該介電窗的溫度。
[0030]例如，在室的操作過程中，TCP線圈向室提供功率，以便在室內(nèi)限定等離子體。該TCP線圈設(shè)置在介電窗的上方并且該法拉第屏蔽罩設(shè)置在介電窗的下方并與介電窗相鄰。在此配置中，TCP線圈會(huì)加熱介電窗和法拉第屏蔽罩。在處理周期過程中，熱量將上下波動(dòng)，導(dǎo)致上述的熱差異。
[0031]因此，通過使空氣往來于(S卩，穿過)與法拉第屏蔽罩的至少中心區(qū)域熱接觸的轂流動(dòng)，使得法拉第屏蔽罩在其中心區(qū)域和圍繞中心區(qū)域附近的溫度將會(huì)降低。在法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域和圍繞該中心區(qū)域的溫度的降低會(huì)引起沿著法拉第屏蔽罩產(chǎn)生溫差，使得熱量將沿著法拉第屏蔽罩(即，在法拉第屏蔽罩的本體中)從熱到冷(例如，朝向該轂)傳導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施方式中，由于熱量朝向法拉第屏蔽罩的較冷的中心區(qū)域傳導(dǎo)，因此從熱到冷的傳導(dǎo)意味著法拉第屏蔽罩的遠(yuǎn)離中心區(qū)域(例如，在法拉第屏蔽罩的周邊以及在法拉第屏蔽罩的周邊與中心之間)的較熱的表面的溫度將降低。
[0032]顯而易見的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些的情況下可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他情況下，為了避免不必要地使本發(fā)明難以理解，沒有詳細(xì)地描述眾所周知的處理操作和實(shí)施細(xì)節(jié)。
[0033]圖1根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了用于蝕刻操作的等離子體處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括室102，該室102包括卡盤103、介電窗104和法拉第屏蔽罩108?？ūP103可以是靜電卡盤，當(dāng)存在襯底時(shí)用于支撐襯底。還示出的是圍繞卡盤103的邊緣環(huán)116，該邊緣環(huán)116具有上表面，當(dāng)晶片存在于卡盤103的上方時(shí)，該上表面與晶片的頂表面大致在同一個(gè)平面。室102還包括耦合到上襯墊118的下襯墊110，下襯墊110也被稱為尖峰(pinnacle)。上襯墊118被配置以支撐法拉第屏蔽罩108。在一個(gè)實(shí)施方式中，上襯墊118耦合至接地，并且因此提供接地至法拉第屏蔽罩108。在法拉第屏蔽罩108與介電窗104之間提供空間。過量氣體114通過排氣板112從該室的處理空間排出。
[0034]進(jìn)一步示出的是RF發(fā)生器160，它可以由一個(gè)或多個(gè)發(fā)生器限定。如果提供多個(gè)發(fā)生器，則可以使用不同的頻率以實(shí)現(xiàn)各種調(diào)諧特性。偏置匹配器162耦合到RF發(fā)生器160與限定卡盤103的組件的導(dǎo)電板之間?？ūP103還包括靜電電極，以能夠吸緊晶片和釋放(dechucking)晶片。廣義地，提供了過濾器164和DC鉗電源。也可以提供其它提升晶片離開卡盤103的控制系統(tǒng)。雖然未示出，但是泵被連接到室102以在操作等離子體處理過程中能夠?qū)υ撌疫M(jìn)行真空控制并且能夠從該室排出氣態(tài)的副產(chǎn)物。
[0035]該法拉第屏蔽罩具有中心區(qū)域，該中心區(qū)域?qū)⑹箛婎^能夠輸送處理氣體進(jìn)入室102的處理空間。此外，也可以穿過該法拉第屏蔽罩108在中心區(qū)域附近在具有孔的位置設(shè)置其它的探測(cè)裝置。在操作過程中，可以提供該探測(cè)裝置以探測(cè)與等離子體處理系統(tǒng)相關(guān)的處理參數(shù)。探測(cè)處理可以包括端點(diǎn)檢測(cè)、等離子體密度的測(cè)量、離子密度的測(cè)量和其它度量探測(cè)操作。由于典型的晶片的幾何形狀通常是圓形的，所以其限定了法拉第屏蔽罩108的圓形形狀。如眾所周知的，通常提供諸如200毫米、300毫米、450毫米等各種尺寸的晶片。
[0036]設(shè)置在法拉第屏蔽罩108上方的是介電窗104。如上所述，介電窗104可以由石英類材料限定。也可以使用其它介電材料，只要這些材料能夠承受半導(dǎo)體蝕刻室的條件即可。通常情況下，室在約50攝氏度與約160攝氏度之間的高溫范圍內(nèi)工作。該溫度具體將取決于蝕刻處理操作和特定配方。室102也將在約I毫托(mT)與約100毫托(mT)之間的真空條件范圍內(nèi)工作。雖然未示出，但是當(dāng)安裝到潔凈室中時(shí)，通常將室102耦合到設(shè)備，或者耦合到制造設(shè)備。設(shè)備包括提供處理氣體、真空、溫度控制和環(huán)境顆?？刂频墓艿?。
[0037]當(dāng)室102安裝到目標(biāo)制造設(shè)備中時(shí)，將這些設(shè)備耦合到室102。此外，也可以將室102耦合到傳送室，該傳送室采用典型的自動(dòng)化使機(jī)器人將半導(dǎo)體晶片傳送進(jìn)出室102。
[0038]繼續(xù)參考圖1，所示的TCP線圈包括內(nèi)線圈(IC) 122和外線圈(OC) 120。該TCP線圈被置于和排列在介電窗104的上方,介電窗104相應(yīng)地置于該法拉第屏蔽罩108的上方。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了匹配部件128和RF發(fā)生器126，它們耦合到線圈。在一個(gè)實(shí)施方式中，該室將被連接到與室102的電子面板連接的控制器。該電子面板可以耦合到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在具體的周期內(nèi)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將操作具體的處理程序，該具體的處理程序取決于預(yù)期的處理操作。因此，該電子面板可以控制在室102中進(jìn)行蝕刻操作，以及當(dāng)空氣冷卻法拉第屏蔽罩108時(shí)，該電子面板可以控制向轂輸送流體并從轂排出流體。
[0039]圖2A根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了用于空氣冷卻法拉第屏蔽罩108的轂202的系統(tǒng)圖200。在這個(gè)實(shí)施例中，轂202是耦合到法拉第屏蔽罩108并且安裝到介電窗104的開口中的結(jié)構(gòu)。這種配置使得轂102能夠向法拉第屏蔽罩108和介電窗104兩者傳遞冷卻空氣。例如，轂102具有被放置成與法拉第屏蔽罩108和介電窗104的表面相接觸的外表面。
[0040]如圖所示，在轂和窗界面之間提供界面204。在轂和法拉第屏蔽罩108之間提供界面206。從廣義上講，轂102的表面被設(shè)置成與法拉第屏蔽罩108的表面接觸，以及任選地也與介電窗104的表面接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，該接觸是熱接觸。例如，如果這些表面被彼此相鄰地設(shè)置，則較接近的設(shè)置將提供更好的熱互連，而直接物理接觸將提供更好的熱互連。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)熱互連使得轂202與法拉第屏蔽罩108的界面206直接物理接觸。
[0041]在一個(gè)實(shí)施方式中，轂202將包括分別連接到連接線路207和連接線路208的多個(gè)輸入管道202a和多個(gè)輸出管道202b。該連接線路207耦合到流體輸送控制裝置210。流體輸送控制裝置210接收來自壓縮干燥空氣(CDA)源212或者來自耦合到空氣放大器214b的空氣供給源214a的流體。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器可以限定流體輸送控制裝置210將選擇哪個(gè)輸入。在另一個(gè)實(shí)施方式中，流體輸送控制裝置210通過使用CDA212或空氣供給源/空氣放大器214的管道或設(shè)備線路或?qū)Ч苓B接。
[0042]在一種配置中，流體輸送控制裝置210使用被選擇為具有特定的流速的流體流。在一個(gè)實(shí)施方式中，轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定了進(jìn)出轂的環(huán)路，使得在處理空間的外面保持流體流。也就是說，沒有穿過轂的流體將進(jìn)入密封的處理空間，在操作過程中，該處理空間是在壓力下并充滿處理氣體。此外，流體流引起在法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的溫度的降低，并且在中心區(qū)域的溫度的降低引起熱流通過法拉第屏蔽罩向中心區(qū)域傳導(dǎo)。
[0043]被認(rèn)為對(duì)冷卻法拉第屏蔽罩108有用的流速范圍可以介于0.5CFM(立方英尺每分鐘)至20CFM。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，盡管認(rèn)為也可使用較高的流速，但是所測(cè)試的流速包括1CFM、5CFM和10CFM。如下面將要討論的，當(dāng)使用5CFM和10CFM的流速時(shí)，觀察到了充分的冷卻。如果使用CDA212，則CDA212的壓縮性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)達(dá)到1-10CFM的流速。如果使用空氣供應(yīng)源214a，則需要空氣放大器214b以產(chǎn)生介于0.5CFM與20CFM之間的流速。相信，甚至比20CFM更高的流速可能是有用的，例如高達(dá)60或50CFM。
[0044]在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)在轂202內(nèi)使用的壓力通風(fēng)系統(tǒng)的配置，在轂的輸入處的壓力可以變化。在用于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的轂中，在轂的輸入處測(cè)得的壓力為介于10至25磅每平方英寸(PSI)之間。因?yàn)閴毫υ谳斔偷捷灥妮斎胩幹翱梢韵陆?，所以可以在源處使用高得多的壓力。?duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)試，如果設(shè)置1CFM，則輸入處測(cè)得的PSI為14.7PSI，如果設(shè)置5CFM，則輸入處測(cè)得的PSI為15.5PSI，如果設(shè)置10CFM，則輸入處測(cè)得的PSI為17PSI。
[0045]相信，空氣流入到轂202的壓力通風(fēng)系統(tǒng)并流出轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)22提供了空氣的循環(huán)和/或流通，該空氣的循環(huán)和/或流通從轂202內(nèi)減少或消除熱量。如果該轂202被放置成與法拉第屏蔽罩108熱接觸，則在沒有空氣流環(huán)路的情況下，該轂202的溫度將增大到與法拉第屏蔽罩108的溫度匹配或與法拉第屏蔽罩108的溫度近似匹配。然而，由于進(jìn)出轂202的壓力通風(fēng)系統(tǒng)的空氣流減少了該壓力通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)例如在轂和法拉第屏蔽罩108之間的界面區(qū)域處的熱量，所以熱量被除去。
[0046]連接線路208被耦合到被連接到轂202的輸出管道202b的流體去除控制裝置213。流體去除控制裝置213可以被耦合到真空裝置216或被動(dòng)排氣裝置217。在一個(gè)實(shí)施方式中，如果使用真空裝置216，則流體去除控制裝置213可以抽吸穿過轂202的壓力通風(fēng)系統(tǒng)的流體，這有助于使通過流體輸送控制裝置210提供的空氣流加速。在使用被動(dòng)排氣裝置217的情況下，流體去除控制裝置213僅僅從轂202去除流體(S卩，空氣)并在該室的潔凈室的設(shè)備內(nèi)適當(dāng)?shù)胤峙渌?br>
[0047]在一個(gè)實(shí)施方式中，流體輸送控制裝置210包括流速調(diào)節(jié)器，以及任選地包括壓力調(diào)節(jié)器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，流速調(diào)節(jié)器和/或壓力調(diào)節(jié)器是與流體輸送控制裝置210分離的部件。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器240可以控制流體輸送控制裝置的一個(gè)或多個(gè)閥或?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)控制數(shù)據(jù)傳送到流體輸送控制裝置，以設(shè)置或調(diào)節(jié)所設(shè)置的到轂202的流速。
[0048]雖然轂202中使用的流體被描述為空氣，但是也可以使用其它流體。例如，也可以使用并引導(dǎo)液體通過轂202。在其它實(shí)施方式中，流體可以是諸如氮?dú)?、氦氣等氣體。
[0049]在其它實(shí)施方式中，可以提前冷卻液體或空氣，使得流體輸送控制裝置210提供溫度降低的流體。
[0050]在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了在等離子體處理室中使用的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括限定法拉第屏蔽罩的圓盤結(jié)構(gòu)，并且該圓盤結(jié)構(gòu)具有處理側(cè)和后側(cè)。該圓盤結(jié)構(gòu)在中心區(qū)域到周邊區(qū)域(例如，接近該法拉第屏蔽罩的邊緣的區(qū)域或者在該法拉第屏蔽罩的邊緣的區(qū)域)之間延伸。該圓盤結(jié)構(gòu)存在于處理空間內(nèi)。該系統(tǒng)還包括具有內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂202，該轂202用于輸送從輸入管道接收到的空氣流并從輸出管道排出空氣流。該轂具有耦合到該圓盤結(jié)構(gòu)(例如，具有圓盤形狀)的后側(cè)的中心區(qū)域的交界面。
[0051]流體輸送控制裝置210耦合到該轂202的輸入管道。流體輸送控制裝置被配置成具有流速調(diào)節(jié)器。經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣可以是放大214或可以是壓縮干燥空氣(CDA) 212。該系統(tǒng)包括耦合到轂202的輸出管道的流體去除控制裝置，該流體去除控制裝置用于從該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)去除空氣流。該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定了進(jìn)出該轂的環(huán)路，并且空氣流與處理空間隔離。該環(huán)路可以采取許多配置和路徑。該環(huán)路可以簡單地進(jìn)出該轂或可以穿過該轂內(nèi)部的非線性路徑，或可以簡單地進(jìn)出或可以穿過形成在該法拉第屏蔽罩中的壓力通風(fēng)系統(tǒng)(例如，如在下文的圖3B中所示的)。提供了用于控制設(shè)置空氣流的流速的流速調(diào)節(jié)器的控制器240。
[0052]圖2B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了轂202被耦合到法拉第屏蔽罩108和該窗104的實(shí)施方式。在這個(gè)實(shí)施例中，耦合是熱耦合。熱耦合意味著該轂202的表面與該法拉第屏蔽罩108和/或該窗104的表面物理接觸。例如，轂可以分別與該窗104的界面204以及與法拉第屏蔽罩108的界面206物理接觸。熱耦合僅僅意指該轂的表面或空氣流與法拉第屏蔽罩或窗直接物理接觸，或者該轂靠近(例如，沒有物理接觸或最小接觸)法拉第屏蔽罩或窗，使得它的溫度可以影響相鄰的結(jié)構(gòu)的溫度。
[0053]在一個(gè)實(shí)施方式中，轂202是由溫度傳導(dǎo)材料限定。該溫度傳導(dǎo)材料可以是金屬。該金屬可以是鋁、不銹鋼、銅或熱傳導(dǎo)熱量的金屬的組合和合金。在一個(gè)實(shí)施方式中，轂202的表面界面配置成或加工成以提供與法拉第屏蔽罩108和窗104的熱傳導(dǎo)表面的均勻表面接觸。加工這些表面可以包括拋光這些表面以便當(dāng)被置于彼此物理接觸時(shí)這些表面配合并提供熱連接。在其它實(shí)施方式中，可以將導(dǎo)熱的膠或粘合劑放置在轂和法拉第屏蔽罩108和/或窗104的表面之間。
[0054]在圖2B的圖示中，轂202包括在轂內(nèi)的壓力通風(fēng)系統(tǒng)，使得流體流入該轂并流出該轂。如上所述，流體輸送控制裝置210可以輸送流體到轂202以及流體去除控制裝置213可以從轂202排出流體。流體輸送控制裝置210耦合到諸如設(shè)備供應(yīng)源之類的供應(yīng)源，該設(shè)備供應(yīng)源可以提供為配置或處理而選擇的適當(dāng)?shù)牧黧w。所示的控制器240與流體輸送控制裝置210和流體去除控制裝置213相連。當(dāng)在室102處理晶片時(shí)，控制器240與系統(tǒng)的電子設(shè)備相連，該電子設(shè)備可以包括用于控制和設(shè)置所使用的配方的界面。
[0055]如上所述，該室102用于使用等離子體來處理蝕刻操作，從而可以蝕刻晶片的特征或表面或材料，該晶片被置于卡盤支撐件103上。RF供應(yīng)源被連通并且耦合到卡盤支撐件103，以及RF TCP線圈120/122被置于窗104的上方以在操作過程中向室102的等離子體提供功率。還不出了氣體噴射器230和光探針232。在一個(gè)實(shí)施方式中，該氣體噴射器230和光探針232被放置在轂202的中心區(qū)域之間。提供該氣體噴射器230以在操作過程中將氣體注入該室，以及提供光探針232以在等離子體處理過程中測(cè)量和提供該室內(nèi)發(fā)生的處理的端點(diǎn)檢測(cè)。
[0056]在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體噴射器限定在該轂的中心空腔中，以及限定該氣體噴射器以提供處理氣體至處理空間。在一個(gè)實(shí)施方式中，該光探針限定在該轂的中心空腔中，以及限定該光探針以在使用過程中監(jiān)測(cè)該處理空間中的處理?xiàng)l件。該中心空腔可以是管狀、正方形或其他形狀。該中心空腔延伸穿過法拉第屏蔽罩108和該窗。在該轂和氣體噴射器之間形成密封部，使得該處理空間對(duì)于該室的外面的條件是封閉的。該轂和其空氣供應(yīng)源是在該室的外部，使得轂與該處理空間隔開。
[0057]圖2C示出了轂202與法拉第屏蔽罩108是分開的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施方式中，該轂202配置為處于與該法拉第屏蔽罩108物理接觸的位置。該物理接觸會(huì)使得該轂202底部的交界面250將接觸該法拉第屏蔽罩108的交界面262。在其它實(shí)施方式中，該轂202側(cè)面的交界面252也可以被放置成與諸如該窗104(如圖2B中所示的)的其它表面相鄰。正因?yàn)槿绱?，可以使用諸如螺釘、鉗、表面凹陷、夾子、膠水、粘合劑或它們的組合等任何連接裝置將該轂202組裝并連接到法拉第屏蔽罩108。
[0058]圖2D根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式示出了提供替代的轂202’的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施方式中，該轂202’與該法拉第屏蔽罩108是一體的。該集成結(jié)構(gòu)使得該轂至少部分被置于該法拉第屏蔽罩108的表面或本體內(nèi)。也就是說，允許該轂部與該屏蔽罩部是一體的，使得允許該壓力通風(fēng)系統(tǒng)傳送用于冷卻該法拉第屏蔽罩108的空氣進(jìn)入該法拉第屏蔽罩108的本體。圖2C的側(cè)面交界面252也可以用作在圖2D中該轂部的側(cè)表面。
[0059]圖2E根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式示出了提供轂202’’的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，轂202’ ’包括與該法拉第體屏蔽罩108 —體并延伸到法拉第體屏蔽罩108的本體內(nèi)的壓力通風(fēng)系統(tǒng)。由于該法拉第屏蔽罩具有多個(gè)翅片，因此翅片中的某一些可以包括一個(gè)腔或多個(gè)腔，該一個(gè)腔或多個(gè)腔可以限定內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)或通道以允許空氣流動(dòng)，從而冷卻該法拉第屏蔽罩108的內(nèi)表面是可能的。在這種實(shí)現(xiàn)方式中，如果將該窗104放在靠近該法拉第屏蔽罩108的頂部或放在該法拉第的頂部屏蔽罩108的頂部，則該窗104也可以從該冷卻的法拉第屏蔽罩108受益。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，只要可以提供空氣流到轂202并且該空氣流用于從轂202帶走熱量(轂202與該法拉第屏蔽罩108物理接觸或者是一體的)，則轂202可以采用任何數(shù)量的配置。
[0060]圖2F根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了法拉第屏蔽罩108通過進(jìn)出該轂202的氣流而正經(jīng)受冷卻操作的實(shí)施例。如圖所示，該法拉第屏蔽罩108可以采取溫度梯度，該溫度梯度基于若干因素而變化。這些因素可以包括在法拉第屏蔽罩上方的線圈的放置，以及在等離子體處理過程中在該室中所產(chǎn)生熱量。在這個(gè)實(shí)施例中，示出了法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域具有大約110°C的較冷的條件，以及法拉第屏蔽罩108的外周邊緣也具有大約110°C的較冷的條件。可以檢測(cè)到介于法拉第屏蔽罩108的外周與法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域之間的溫度為約130°C，周圍為約120°C。
[0061]通過向該轂202施加空氣流，使熱量穿過該法拉第屏蔽罩發(fā)生從熱到冷的傳導(dǎo)270。所繪制的橫穿該法拉第屏蔽罩108的箭頭表示橫穿該法拉第屏蔽罩108的熱傳導(dǎo)方向或熱傳導(dǎo)流的方向。該熱傳導(dǎo)流將從較熱的區(qū)域到較冷的區(qū)域，或者在圖示的實(shí)施例中，該熱傳導(dǎo)流從該法拉第屏蔽罩108的周邊到該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域。在實(shí)驗(yàn)中，在沒有提供冷卻空氣流到接觸該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的該轂202的情況下，測(cè)得該中心區(qū)域的溫度為約140°C。然而，通過空氣流穿過該轂202提供冷卻，觀察和測(cè)量到所得的溫度分布如圖2F中所示。下面的圖5B-2將示出觀察和測(cè)量到的該法拉第屏蔽罩108在沒有冷卻的情況下或者在通過以不同的流速穿過該轂202提供冷卻的情況下的溫度范圍。
[0062]圖3A示出了將會(huì)面對(duì)窗104的法拉第屏蔽罩108的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。圖3B示出了該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的變化方案。該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的變化方案可以包括用于限定當(dāng)如圖3C和圖3D中所示的轂202連接到該法拉第屏蔽罩108時(shí)設(shè)立的壓力通風(fēng)系統(tǒng)的部分的凹槽。因此，在圖3C和圖3D中所示的轂202將具有開放的底部，并且該開放的底部配合到形成在該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的空氣流壓力通風(fēng)系統(tǒng)302。
[0063]因此，法拉第屏蔽罩108將有交界面262，轂202的交界面250將與該交界面262配合和連接。該配合和連接其功能如同該法拉第屏蔽罩108與該轂250之間的物理接觸，使得熱量在該轂202與該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域之間傳導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施方式中，該法拉第屏蔽罩108也由金屬材料限定。該材料使得熱量穿過并沿著法拉第屏蔽罩108以及具有轂202的金屬材料的交界面?zhèn)鲗?dǎo)。如圖3C中所示，該轂202將與法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域相配合，使得交界面250耦合到交界面262。
[0064]圖3D示出了一個(gè)實(shí)施例，其中進(jìn)入到轂202的輸入管道作為通道將向下穿過轂202的側(cè)壁朝向轂202的底部，該轂202的底部與該法拉第屏蔽罩108形成交界面。然后空氣將在法拉第屏蔽罩108的空氣壓力通風(fēng)系統(tǒng)的凹槽中流通，然后從轂202內(nèi)的通道中的一個(gè)流出。因此，可以連接一個(gè)或多個(gè)輸入管道202a到該轂202以輸送流體，并且可以連接一個(gè)或多個(gè)輸出管道202b到該轂202以排出流體。
[0065]在圖3C和圖3D中所示的轂202的結(jié)構(gòu)僅僅是示例性質(zhì)的，并且只要空氣可以流入到該轂202并從轂202中排出以提供某流速的連續(xù)空氣流來去除該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的熱量，則其它構(gòu)造也是可行的。
[0066]圖4A根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了具有單個(gè)輸入空氣管道的轂202-A的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施方式中，空氣流入到在轂202-A的結(jié)構(gòu)的壓力通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)分配空氣的該單個(gè)輸入管道。促使空氣流入該轂202-A并流出該轂202-A，使得與該窗交界204’處以及與法拉第屏蔽罩交界面206’處的溫度降低。在一個(gè)實(shí)施方式中，轂202-A是由傳導(dǎo)性的材料制成，使得熱量可以在該轂202-A和該窗104以及該法拉第屏蔽罩108之間傳導(dǎo)。在這個(gè)示例性的結(jié)構(gòu)中，該轂202-A具有使其可以與該法拉第屏蔽罩108和該窗104兩者都接觸的彎曲的階梯。
[0067]如圖4B所示，該彎曲的階梯結(jié)構(gòu)也使得該轂202-A可以安全地放置在該窗104的中心區(qū)域內(nèi)并且使該轂202-A與該法拉第屏蔽罩108的接觸。再次說明，該轂202-A的示例性的結(jié)構(gòu)只是用來說明靈活性，并且只要該轂和該法拉第屏蔽罩108的表面的部分之間接觸或者該轂和該法拉第屏蔽罩108與該窗104兩者的表面的部分之間接觸，該轂可以采用許多配置。在另一實(shí)施方式中，該轂可以簡單地僅僅與該窗104接觸而不接觸該法拉第屏蔽罩108，或者僅僅與該法拉第屏蔽罩108接觸而不接觸該窗104。
[0068]圖5A-1根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了由窗104在冷卻或無冷卻的幾個(gè)條件下觀察到的溫度梯度的實(shí)施例。僅僅為了說明的目的，在圖5A-1中所示的窗104表示該窗的一半的橫斷面。每個(gè)窗104的左側(cè)大致是窗104的中心區(qū)域，該窗104的中心區(qū)域被配置為置于該法拉第屏蔽罩108的上方。該窗104片段的最右邊的部分視為是該窗104的外邊界。
[0069]在圖5A-2中示出了空氣流動(dòng)穿過該轂202的若干流速設(shè)置，以作比較。例如，示出的無冷卻條件意味著沒有空氣流動(dòng)穿過該轂202。示出了流速為ICFM的實(shí)施例，其最初影響該窗最接近中心區(qū)域的溫度，并且該中心區(qū)域隨著空氣流經(jīng)該轂202的方式得以冷卻，熱量遠(yuǎn)離該窗104的周邊朝向該中心區(qū)域傳導(dǎo)，因此降低了該窗104的溫度。一個(gè)實(shí)施例示出了作為中心區(qū)域冷卻由通過輪轂202行進(jìn)的空氣的方式，熱傳導(dǎo)遠(yuǎn)離窗口 104朝向中心區(qū)域的周邊，從而減少了窗口 104的溫度。示出了流速為5CFM的實(shí)施例，其最初也影響該窗最接近中心區(qū)域的溫度，并且該中心區(qū)域通過空氣流經(jīng)該轂202的方式得以冷卻。還示出了流速為10CFM的實(shí)施例，其在試驗(yàn)中表現(xiàn)出對(duì)該窗104的熱量減少的影響更大。
[0070]盡管在處理過程中最初的熱量減少發(fā)生在該窗的中心區(qū)域的附近，該中心區(qū)域接近于可能與該窗接觸或者僅僅與該法拉第屏蔽罩108接觸的該轂202，但是最終將會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)將連續(xù)的空氣流設(shè)置在所選定的CFM水平，并且處理繼續(xù)一段時(shí)間，將出現(xiàn)該穩(wěn)態(tài)。在此處理的一段時(shí)間過程中，當(dāng)連續(xù)地施加穿過該轂202的特定的CFM水平時(shí)，該窗可保持在穩(wěn)態(tài)，例如所示的溫度分布。
[0071]在其它實(shí)施方式中，當(dāng)期望空氣流穿過該轂202時(shí)可以設(shè)置控制器。例如，在循環(huán)時(shí)間，當(dāng)處理停止或者進(jìn)行時(shí)，可能不選擇空氣流，并且在具體的處理?xiàng)l件過程中，空氣流可以繼續(xù)或者以不同的速率增加并且保持在特定的設(shè)置下。在這種方式下，該窗可以通過設(shè)置避免循環(huán)溫度變化/差異，例如，非常熱轉(zhuǎn)換到冷或從冷轉(zhuǎn)換到非常熱。在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)可以控制溫度差為不超過5度的溫度差、不超過10度的溫度差、不超過15度的溫度差、不超過20度的溫度差、或任何其它設(shè)置。換句話說，通過控制向轂202提供空氣流的時(shí)間，根據(jù)在該室中執(zhí)行的特定的配方，可以減少在處理操作過程中溫度的波動(dòng)。
[0072]溫度變化的波動(dòng)的減少可以確?；蚪档陀芯酆衔锓e累在面向晶片的法拉第屏蔽罩108的內(nèi)側(cè)而剝落聚合物到正被處理的晶片的表面上的風(fēng)險(xiǎn)。另外，法拉第屏蔽罩上僅僅具有升高的溫度就可以損害法拉第屏蔽罩的涂層，如陽極化的涂層。這些涂層在高溫下將剝落或剝離，如果該法拉第屏蔽罩保持在例如長時(shí)間高于135°C的這樣的高溫下，或者如果使用這樣的高溫，則該法拉第屏蔽罩的壽命將縮短。相信，保持法拉第屏蔽罩108的溫度在某恒定值或者在不超過一定的預(yù)定的溫度差的某些可控的溫度變化內(nèi)，附著在該法拉第屏蔽罩108的聚合物副產(chǎn)物的材料將保持附著直到執(zhí)行下一次清潔操作。
[0073]圖5B-1示出了法拉第屏蔽罩108在接近該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的位置與轂202熱接觸的溫度效果的實(shí)施例。在這個(gè)圖中，示出了該法拉第屏蔽罩108的橫斷面的一半，其中最左邊的部分是最接近于中心區(qū)域的部分并且最右邊的部分是該法拉第屏蔽罩108的周邊區(qū)域附近的部分。如圖所示，頂部法拉第屏蔽罩108沒有進(jìn)行冷卻。沒有冷卻意味著或者該轂202沒有與該法拉第屏蔽罩108連接或接合或者沒有向該轂202提供空氣流。例如，該法拉第屏蔽罩108的沒有冷卻的中心區(qū)域可以達(dá)到接近約140°C的溫度。當(dāng)向該轂202施加約10CFM的空氣流時(shí)，所示的該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域可以達(dá)到約110°C的較低的溫度。在相同的10CFM的情況下，所示的中心區(qū)域達(dá)到約130°C的溫度。
[0074]圖5B-2所示的曲線示出了諸如10CFM、5CFM、1CFM與無冷卻的不同的流速的各種影響。如上面所討論的，相信，通過將轂與法拉第屏蔽罩108物理接觸或提供允許內(nèi)部有壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂以使流體/空氣流動(dòng)到該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域附近，該法拉第屏蔽罩108的中心區(qū)域的溫度將降低。在法拉第屏蔽罩中心區(qū)域附近的溫度的降低將引起熱量從法拉第屏蔽罩108的比讓轂提供空氣流的中心區(qū)域的附近區(qū)域熱的區(qū)域傳導(dǎo)。盡管圖5B-1中示出的橫跨該法拉第屏蔽罩片段的溫度仍然會(huì)變化，但是如實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了的，在不同的空氣流速下，整個(gè)法拉第屏蔽罩表面的溫度接近將是可能的。
[0075]然而，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，增大流速有助于減少法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域附近的溫度，從而也有助于降低該中心區(qū)域和周邊區(qū)域之間的溫度。例如，圖5B-2的曲線表明，當(dāng)向與法拉第屏蔽罩108接觸或者熱接觸的轂202提供接近10CFM的流速時(shí)，該中心區(qū)域與周邊區(qū)域之間的區(qū)域的溫度可以從超過135°C下降到接近130°C的溫度。
[0076]圖6A根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示出了可以用于操作使用轂的等離子體室的操作方法的一個(gè)流程，該轂用于提供空氣流來冷卻法拉第屏蔽罩。在操作302中，提供了具有法拉第屏蔽罩的室。該室用于處理半導(dǎo)體晶片，并特別用于蝕刻操作。將該法拉第屏蔽罩設(shè)置成面對(duì)該室內(nèi)的處理晶片的配置。在操作304中，在該室中產(chǎn)生等離子體。利用為在制作過程中于半導(dǎo)體晶片上蝕刻特定的表面所配置和選擇的氣體產(chǎn)生等離子體。然后利用RF功率輸送系統(tǒng)提供的功率激勵(lì)該氣體。在壓力下，隨后使用諸如由TCP線圈提供的RF功率和/或提供給在操作過程中上面存在有晶片或者放置有晶片的卡盤的功率之類的功率將該氣體轉(zhuǎn)換成等離子體。
[0077]在操作306中，提供具有流體壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂，并且該轂與該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域接合。與該法拉第屏蔽罩接合使得在該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)和與該轂或通道接觸的該法拉第屏蔽罩的表面之間發(fā)生熱傳導(dǎo)，該轂或通道使空氣流或流體流能穿過該轂以便與該法拉第屏蔽罩進(jìn)行熱傳導(dǎo)。向該轂和該轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)提供的空氣流，通過將熱量從該法拉第屏蔽罩的周邊傳遞并傳導(dǎo)穿過該法拉第屏蔽罩流向該法拉第屏蔽罩的最接近轂(該轂提供有空氣流)的中心區(qū)域，能使空氣流將熱傳導(dǎo)遠(yuǎn)離法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域。
[0078]在操作310中，可以維持到該轂的空氣流，從而使熱量從該法拉第屏蔽罩的周邊穿過該法拉第屏蔽罩導(dǎo)向該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域?？梢酝ㄟ^當(dāng)進(jìn)行空氣流動(dòng)時(shí)的室設(shè)置的控制器來控制維持空氣流，并且可以基于配方來設(shè)置空氣流的水平。該配方可以關(guān)聯(lián)到用于刻蝕晶片的處理配方。該處理配方可以識(shí)別將提供空氣流的時(shí)間段，以及將被提供來穿過該轂的空氣流的流速，以維持該中心區(qū)域處的期望的溫度以及得到的穿過該法拉第屏蔽罩的溫度梯度。
[0079]圖6B示出了利用轂采用空氣冷卻法拉第屏蔽罩的另一個(gè)實(shí)施方式。在320中，提供具有延伸至周邊的中心區(qū)域的法拉第屏蔽罩。該法拉第屏蔽罩被限定在室中使用，使得該法拉第屏蔽罩被暴露于等離子體蝕刻室中產(chǎn)生的等離子體。在操作322中，提供具有流體壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂。該轂被配置為經(jīng)由交界面與法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域接合。在操作324中，也可以限定該轂的交界面以接觸可能存在于該法拉第屏蔽罩上方的介電窗。使該轂接觸該介電窗是可選的。
[0080]在操作326中，選擇空氣進(jìn)入到該轂的流速?？梢曰谂浞竭x擇一段時(shí)間內(nèi)的流速，或者可以在操作過程中由用戶控制流速，或者可以隨著時(shí)間調(diào)整流速。相信，較高的流速將增加減少該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域附近的溫度的能力，而且還可以影響該法拉第屏蔽罩向著周邊的降低的溫度。
[0081]在操作328中，使空氣流入到該轂的流體壓力通風(fēng)系統(tǒng)使得空氣能提供與法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的熱傳導(dǎo)接觸，以及任選地在與介電窗的熱傳導(dǎo)接觸。再次，可以基于預(yù)先確定的配方控制和設(shè)置空氣流。該預(yù)先確定的配方可以調(diào)整或關(guān)聯(lián)到用于一個(gè)或多個(gè)晶片的等離子體蝕刻配方。在操作330中，可以維持空氣的流速以降低法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的溫度。這將使得熱量從該法拉第屏蔽罩的周邊穿過該法拉第屏蔽罩朝向該法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域傳導(dǎo)。
[0082]如上文所述，一個(gè)實(shí)施方式利用壓縮干燥空氣來冷卻內(nèi)部的法拉第屏蔽罩。但是，相信，使用較大的空氣流的空氣，而事實(shí)上不一定是壓縮干燥空氣，這將有助于減低該法拉第屏蔽罩的溫度，其中該法拉第屏蔽罩經(jīng)由轂或結(jié)構(gòu)提供較大的空氣流。因此，配合到內(nèi)部的法拉第屏蔽罩的中心部分的“中央空氣輸送轂”能夠輸送較大的空氣流，從而可以降低該法拉第屏蔽罩的溫度。正是通過這種轂使得空氣與該法拉第屏蔽罩接觸并且因此使得所述罩能冷卻。應(yīng)當(dāng)指出的是，空氣流并不實(shí)際進(jìn)入該室，它只是繞該轂循環(huán)或者靠近該法拉第屏蔽罩經(jīng)由該轂提供。
[0083]該轂及其壓力通風(fēng)系統(tǒng)存在于該室的外部，并且沒有提供空氣流進(jìn)入該室以協(xié)助冷卻。而且，熱量經(jīng)由傳導(dǎo)從該法拉第屏蔽罩傳遞出來。也就是說，空氣流冷卻該法拉第屏蔽罩的中心使得熱量從該法拉第屏蔽罩的邊緣/中間穿過該法拉第屏蔽罩本身傳導(dǎo)?？諝饬鞑恢苯訌脑摲ɡ谄帘握值倪吘?中心通過傳導(dǎo)散熱。因此，較大的空氣流有助于通過穿過該法拉第屏蔽罩朝向有空氣流提供的較冷的中心區(qū)域傳導(dǎo)而提供較高的熱量傳遞率。
[0084]在一些實(shí)施方式中，提供冷卻器以冷卻流體，然后將流體提供到該轂202。以這種方式，流體耦合到冷卻器使得流體在通過流體輸送控制裝置輸送之前溫度降低。冷卻器可以包括制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)冷卻供應(yīng)線路或使流體或氣體流動(dòng)以傳遞冷的溫度到線路或供應(yīng)裝置。冷卻器可以是圍繞靠近或離開流體供應(yīng)裝置210的供給線路的外殼。冷卻器可以將空氣的溫度冷卻低至-50攝氏度或更低。在其它實(shí)施方式中，冷卻器將只是將空氣/流體冷卻到剛好冰點(diǎn)以上。
[0085]然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，使用該轂，在室溫20°C (即，沒有致冷)下，單一的空氣流以及增加空氣的流速將起到誘導(dǎo)或啟動(dòng)熱量傳導(dǎo)出該法拉第屏蔽罩的作用。
[0086]雖然已根據(jù)幾個(gè)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前面的說明書和研究附圖的基礎(chǔ)上將實(shí)現(xiàn)各種修改、增加、置換和它們的等同方案。因此，本發(fā)明旨在包括所有這些落入本發(fā)明的真正精神和范圍之內(nèi)的修改、增加、置換和等同方案。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體處理裝置，其包括: 室，所述室具有壁和限定在處理空間內(nèi)的襯底支撐件； 法拉第屏蔽罩，所述法拉第屏蔽罩具有有處理側(cè)和后側(cè)的圓盤狀物，所述圓盤狀物自中心區(qū)域到周邊區(qū)域之間延伸，所述法拉第屏蔽罩限定在所述處理空間內(nèi)，使得所述處理側(cè)面向所述襯底支撐件； 具有內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂，其用于輸送從輸入管道接收到的流體流并從輸出管道排出所述流體流，所述轂具有與所述法拉第屏蔽罩的后側(cè)的中心區(qū)域熱耦合的交界面； 耦合到所述轂的所述輸入管道的流體輸送控制裝置，所述流體輸送控制裝置被配置成具有流速調(diào)節(jié)器，所述流速調(diào)節(jié)器用于設(shè)置流經(jīng)所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)的所述流體流的流速；以及 耦合到所述輸出管道的流體去除控制裝置，其用于從所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)去除所述流體流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，還包括:設(shè)置在所述法拉第屏蔽罩上方的介電窗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，還包括:設(shè)置在所述介電窗上方的變壓器耦合等離子體(TCP)線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定了進(jìn)出所述轂的環(huán)路，使得在所述處理空間的外部維持所述流體流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中所述流體流使所述法拉第屏蔽罩的所述中心區(qū)域溫度降低，所述中心區(qū)域溫度降低引起穿過所述法拉第屏蔽罩朝向所述中心區(qū)域的傳導(dǎo)性的熱流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其中所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定進(jìn)出所述轂的環(huán)路，使得所述流體流被維持在所述處理空間的外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中所述法拉第屏蔽罩的所述后側(cè)的所述中心區(qū)域包括與所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)配合的壓力通風(fēng)系統(tǒng)，使得所述轂的所述交界面圍繞所述法拉第屏蔽罩的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)，其中與所述法拉第屏蔽罩的所述后側(cè)的所述熱耦合被限定在所述交界面，并且經(jīng)由流體流穿過所述轂傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體處理裝置，其中所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)和所述法拉第屏蔽罩的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定了進(jìn)出所述轂的環(huán)路，并且在所述處理空間的外部維持所述流體流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其還包括:限定在所述轂的中心空腔中的氣體噴射器，所述氣體噴射器限定用于提供處理氣體進(jìn)入所述處理空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其還包括:限定在所述轂的中心空腔中的光探針，所述光探針限定用于監(jiān)控所述處理空間在使用過程中的處理?xiàng)l件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中所述流體輸送控制裝置輸送選自空氣、氣體、液體或它們的混合物中的流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中將所述流體耦合到冷卻器以在通過所述流體輸送控制裝置輸送所述流體之前降低所述流體的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其還包括:耦合到所述流體輸送控制裝置的壓縮干燥空氣(CDA)源。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其還包括:耦合到所述流體輸送控制裝置的空氣供應(yīng)源和空氣放大器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其還包括:用于控制所述流體輸送控制裝置的所述流速調(diào)節(jié)器的控制器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子體處理裝置，其中所述控制器將所述流體輸送控制裝置的流速關(guān)聯(lián)于將通過所述等離子體處理裝置執(zhí)行的處理操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子體處理裝置，其中所述控制器增大流速以增大在所述法拉第屏蔽罩的所述中心區(qū)域的溫度的降低，或者降低流速以減小在所述法拉第屏蔽罩的所述中心區(qū)域的溫度的降低，其中溫度的降低增大在所述法拉第屏蔽罩內(nèi)的朝向所述中心區(qū)域的方向上的傳導(dǎo)性的熱流。
18.一種用于等離子體處理室中的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)，所述法拉第屏蔽罩系統(tǒng)包括: 限定法拉第屏蔽罩的圓盤結(jié)構(gòu)，所述圓盤結(jié)構(gòu)具有處理側(cè)和后側(cè)，所述圓盤結(jié)構(gòu)自中心區(qū)域到周邊區(qū)域之間延伸，所述圓盤結(jié)構(gòu)被配置存在于所述等離子體處理室的所述處理空間內(nèi)，使得所述處理側(cè)面向在所述處理空間內(nèi)的襯底支撐件； 具有內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的轂，所述內(nèi)部壓力通風(fēng)系統(tǒng)用于輸送從輸入管道接收到的空氣流并從輸出管道排出所述空氣流，所述轂具有耦合到所述圓盤結(jié)構(gòu)的后側(cè)的中心區(qū)域的交界面； 耦合到所述轂的所述輸入管道的流體輸送控制裝置，所述流體輸送控制裝置被配置成具有流速調(diào)節(jié)器，所述流速調(diào)節(jié)器用于設(shè)置流經(jīng)所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)的空氣流的流速；以及 耦合到所述輸出管道的流體去除控制裝置，其用于從所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)去除空氣流，其中所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定進(jìn)出所述轂的環(huán)路，以及所述空氣流與所述處理空間隔離；以及 用于控制設(shè)置所述空氣流的流速的所述流速調(diào)節(jié)器的控制器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)，其還包括:耦合到所述流體輸送控制裝置的壓縮干燥空氣(CDA)源。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)，其還包括:耦合到所述流體輸送控制裝置的空氣供應(yīng)源和空氣放大器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)，其還包括:用于在通過所述流體輸送控制裝置輸送所述空氣之前調(diào)整所述空氣的溫度的冷卻器。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)，其中所述轂的所述交界面限定所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)的所述環(huán)路。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的法拉第屏蔽罩系統(tǒng)，其中所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)的所述環(huán)路部分由所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定以及部分由所述圓盤結(jié)構(gòu)在所述中心區(qū)域的壓力通風(fēng)系統(tǒng)限定。
24.一種用于控制設(shè)置在等離子體處理室的處理空間內(nèi)部的法拉第屏蔽罩的溫度的方法，其包括:將轂熱耦合到在所述法拉第屏蔽罩中心區(qū)域的所述法拉第屏蔽罩的后側(cè)，所述轂具有用于接收空氣并去除空氣的壓力通風(fēng)系統(tǒng)，使得空氣通過所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)流通； 供應(yīng)空氣流至所述轂的壓力通風(fēng)系統(tǒng)中，在所述處理空間的外部維持所述空氣流進(jìn)出所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)；以及 調(diào)節(jié)空氣進(jìn)入所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)的流速，操作所述調(diào)節(jié)以控制熱耦合到所述法拉第屏蔽罩的所述中心區(qū)域的所述轂的溫度的調(diào)節(jié)，所述調(diào)節(jié)被關(guān)聯(lián)到在所述處理空間中進(jìn)行的處理步驟， 其中增大所述空氣的流速以降低所述法拉第屏蔽罩的中心區(qū)域的溫度，導(dǎo)致熱量穿過所述法拉第屏蔽罩朝向所述中心區(qū)域傳導(dǎo)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中隨著所述空氣流以所述流速繼續(xù)，所述熱傳導(dǎo)導(dǎo)致從所述法拉第屏蔽罩除去熱量。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中流速在所述處理步驟之間減小并且在所述處理步驟過程中增大。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中熱耦合包括機(jī)械地連接所述轂的交界面至所述法拉第屏蔽罩的交界面。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中從壓縮干燥空氣(OTA)源接收所述空氣流。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中放大空氣流以限定被調(diào)節(jié)的所述流速。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中在供給所述空氣至所述轂的所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)之前將所述空氣流冷卻。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK104302084SQ201410341371
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月17日
【發(fā)明者】斯拉瓦納普利安·斯利拉曼, 約翰·德魯厄里, 喬恩·麥克切斯尼, 亞歷克斯·帕特森 申請(qǐng)人:朗姆研究公司