[发明专利]等离子避电器插件

说明书

背景技术

半导体制造工业越来越强调节约成本以及效率以增加不断减少的利润率。使得成本更低的一个重要方面是保护系统内的部件，该系统当使用基于氦的等离子以完成所需蚀刻工艺时在基片表面处需要极端高离子能量。为了在基片表面获得这个高离子能量，将高压施加在基片表面上，其产生的大的电场向回延伸进入氦供应管线，这转而在多个表面之间产生不希望的电弧放电并在该供应管线和其他部件内生成等离子。这产生许多不利效应，如供应管线的点蚀和熔化。在高电势区域和供应管线之间设置电绝缘体可最小化不期望的电弧放电和等离子生成的影响。然而，这种电绝缘体增加购置成本。必须非常小心以避免系统部件不必要的磨损速率。

图1是室晶片处理系统112的传统的氦供应系统100的剖视图。系统100包括柔性氦供应管线102、金属焊接件104、电介质避电器插件106，电介质避电器框架108，ESC安装板118，和碗形框架总成116。避电器框架108成形为包括圆柱形腔室120用以夹持电介质避电器插件106。柔性氦供应管线102、金属焊接件104、电介质避电器插件106、避电器框架108和ESC安装板118位于碗形框架总成116内。室晶片处理系统112包括静电卡盘(ESC)110，其可运行以静电方式夹持晶片用以处理。

运行中，经由传统的氦供应系统100将氦提供到室晶片处理系统112。氦通过传统的氦供应系统100的路径由柔性氦供应管线102内箭头、金属焊接件104和通过电介质避电器插件106的箭头114所示。

ESC的运行需要施加高压DC功率以卡紧晶片以及使用高频RF功率以生成晶片处理所需的等离子。将氦提供到ESC以在晶片和ESC110之间引起散热。施加高压DC或RF功率之一会转而将氦激励到电子能够逸出氦原子键的点，由此生成等离子。气体氦转变为等离子的时间通常成为“点燃”。

安装板118(其通常运行在与ESC110类似的高电势下)通过避电器框架108和电介质避电器插件106与柔性氦供应管线102和金属焊接件104电气隔离。碗形框架总成116处于接地电势。希望将柔性氦供应管线102和金属焊接件104与ESC110的电场和磁场影响屏蔽。进而，金属焊接件104和柔性氦供应管线102的电势应当紧密匹配碗形框架总成116的电势以防止在两者之间产生电弧放电，或防止两者之间会导致在柔性氦供应管线102内点燃的高电势。如果发生电弧放电，会发生对碗形部件的损伤。如果发生等离子点燃，供应管线和碗形框架总成116内其他部件会出现点蚀和熔化。对将金属焊接件104保持在碗116的接地电势的要求导致较大的电势施加在避电器框架108和电介质避电器插件106。

在1至50托(1/760和50/760标准大气压之间的压强)之间的较低氦压，其是通常的室晶片处理系统112和系统100的正常运行条件，氦可传导电流并在特定的条件下产生电弧放电。避电器框架108和电介质避电器插件106内等离子生成或电弧放电的可能性与金属焊接件104和安装板118之间的电势差直接相关，而与气体路径长度逆相关，还与可得到的截面平均自由路径直接相关，将在下面更详细讨论。

图2A是电介质避电器插件106的斜视图。电介质避电器插件106包括第一圆柱体部分202，由圆周通道206与第二圆柱体部分204隔开。第一圆柱体部分202具有圆形面208，而第二圆柱体部分204具有圆形面210。圆形面208具有氦入口216，而圆形面210具有氦出口218。纵向通道212(宽度d₁和深度d₂)从圆形面210的氦入口216延伸到圆周通道206，而纵向通道214从圆周通道206延伸到氦出口218。

图2B是电介质避电器插件106的剖视图。附图中，氦气沿箭头114标识的路径流动。具体地，金属焊接件104提供的氦进入氦入口216、行进通过纵向通道212、行进围绕圆周通道206、继续通过纵向通道214并最终离开氦出口218进入室晶片处理系统112。氦气在电介质避电器插件106行进的总距离包括纵向通道212长度、圆周通道206周长的一半和纵向通道214的长度。