專利名稱：一種用作電容耦合等離子體處理室的部件的限定環的制作方法
技術領域：
本實用新型總體涉及一種等離子體處理室。
背景技術：
隨著每代后繼半導體技術的產生，晶片直徑趨向于增大，晶體管的尺寸趨于減小， 導致襯底處理中需要更高的精確度和可重復性。半導體襯底材料，譬如硅晶片，通常使用等離子處理室進行處理。等離子體處理技術包括濺射沉積、等離子體增強化學氣相沉積 (PECVD)、抗蝕劑剝除、以及等離子體蝕刻。等離子體可通過向等離子體處理室中的合適處理氣體施加射頻(RF)電源而產生。等離子體處理室中的RF電流可影響處理。等離子體處理室可依靠各種機制以生成等離子體，如電感耦合(變壓器耦合)、螺旋波、電子回旋共振，電容耦合(平行板)。例如，在變壓器耦合等離子體(TCP )處理室中或電子回旋共振(ECR)處理室中，可生成高密度等離子體。變壓器耦合等離子體可由加利福尼亞州弗里蒙特的朗姆研究公司(Lam Research Corporation)獲得，其中RF能量電感耦合到該室內。在共有的專利號為5，948，704的美國專利中披露了一種能夠提供高密度等離子體的高流量等離子體處理室的實施例，此處結合其披露的內容作為參照。在共有的專利號為4，340，462 ；4, 948，458 ；5, 200，232以及5，820，723的美國專利中披露了平行板等離子體處理室、電子回旋共振等離子體處理室、以及變壓器耦合等離子體(TCP )處理室， 此處結合其披露的內容作為參照。通過實施例的方式，等離子體可在平行板處理室生成，如在共有的專利號為 6，090，304的美國專利中所述的雙頻率等離子刻蝕室，此處結合其披露的內容作為參照。優選平行板等離子體處理室為包括上部網狀(showerhead)電極和襯底支撐件的雙頻率電容耦合等離子處理室。為了闡釋，此處參照平行板類型等離子體處理室描述實施方式。圖1示出一種用于等離子體蝕刻的平行板等離子體處理室。等離子體處理室100 包括室110、入口負荷鎖112、以及可選的出口負荷鎖114，在共有的美國專利號6，824，627 描述了其進一步細節，此處結合其整體內容作為參照。負荷鎖112和114(如果有)包括傳輸設備以將襯底(如晶片)從晶片供應件162 傳輸通過室110，到達晶片接收器164。負荷鎖泵176可在負荷鎖112和114中提供所需的
真空壓強。如渦輪泵的真空泵172適應于維持室110中所需的真空壓強。在等離子體蝕刻過程中，室壓強為可控的，優選維持在一個足以保持等離子體的水平。過高的室壓強可能不利于蝕刻停止，而過低的室壓強可導致等離子體熄滅。在中等密度的等離子體處理室中，如平行板等離子體處理室，優選室壓強維持在低于大約200mTorr的壓強(例如，小于lOOmTorr， 如20至50mTorr)(此處所用“大約”表示士 10 % )。真空泵172可連接到室110壁中的出口，并可通過閥門173調節，以便控制室中的壓強。優選，在蝕刻氣體流入室110時，真空泵能在室110內保持小于200mTorr的壓強。室110包括上部電極裝置120以及襯底支撐件150，上部電極裝置120包括上部電極125(例如，網狀電極)。上部電極裝置120安裝于上部殼體130中。上部殼體130可通過裝置132豎直移動以調節上部電極125和襯底支撐件150之間的間隙。工藝氣體源170可連接到殼體130以傳送包括一種或一種以上氣體的工藝氣體到上部電極裝置120。在優選等離子體處理室中，上部電極組件包括可用于傳送工藝氣體到靠近襯底表面的區域的配氣系統。在共有的美國專利號6，333，272 ；6, 230，651 ；6, 013，155 以及5，824，605披露了可包括一個或一個以上的氣體環、注入器和/或噴頭(例如，網狀電極)的配氣系統，此處結合其披露的內容作為參照。上部電極125優選包括網狀電極，網狀電極包括氣孔(未示出)以通過其配送工藝氣體。氣孔可具有0.02至0.2英寸的直徑。網狀電極可包括一個或一個以上的垂直間隔的擋板，擋板可促進所需的工藝氣體的配送。上部電極和襯底支撐件可由任何合適的材料形成，如石墨、硅、碳化硅、鋁(例如，陽極化鋁)、或其的組合。熱傳輸液體源174可連接到上部電極裝置120，另一熱傳輸液體源可連接到襯底支撐件150。襯底支撐件150可具有一個或一個以上的嵌入式夾持電極用于靜電夾緊襯底支撐件150上表面155(支撐面)上的襯底。襯底支撐件150可由RF源伴隨的電路系統(未圖示)如射頻匹配電路系統供電。襯底支撐件150優選為溫度可控的，并可以可選地包括加熱裝置(未示出)。共同轉讓的美國專利號6，847，014和7，161，121披露了加熱裝置的實施例，此處結合其披露的內容作為參照。襯底支撐件150在支撐面155上可支撐半導體襯底，如平面板或200mm或300mm的晶片。襯底支撐件150優選包括用于在支撐面155所支撐的襯底下供應熱傳輸氣體(如氦)的通道以控制在等離子體處理過程中的襯底溫度。例如，氦背面冷卻可維持晶片溫度足夠低以防止襯底上的光刻膠燃燒。共有的美國專利號6，140，612披露了一種通過導入壓縮氣體到襯底和襯底支撐件表面之間的空間控制襯底溫度的方法，此處結合其披露的內容作為參照。襯底支撐件150可包括起模銷孔(未顯示)，通過起模銷孔，起模銷可由合適的裝置豎直啟動并抬高襯底離開支撐面155以傳輸進出室110。起模銷孔可具有大約0. 08英寸的直徑。共有的美國專利號5，885，423和5，796，066披露了起模銷孔的細節，此處結合其披露的內容作為參照。圖2示出電容耦合等離子體處理室200的框圖以闡釋其RF電流的流動路徑。在處理室200中處理襯底206。為點燃等離子體以蝕刻襯底206，向室200中的工藝氣體施加 RF功率。在襯底處理過程中，RF電流可從RF供應件222沿電纜2 通過RF匹配網絡220 流入處理室200。RF電流可沿路徑240流動以與工藝氣體耦合從而在限定室容積腔210內生成等離子體用于處理襯底206，襯底206位于底部電極204之上。為了控制等離子體形成以及保護處理室壁，可運用限定環212。在共有的美國臨時專利申請序列號61/238656,61/238665，61/238670(都在2009年8月31日提交申請)，以及美國專利申請公開號2008/0149596描述了范例的限定環的細節，此處結合其披露的內容作為參照。限定環212可由導電材料制成，如硅、多晶硅、碳化硅、碳化硼、陶瓷、鋁等。通常，限定環212可配置為環繞限定室容積210腔的外周，等離子體在限定室容積腔210中形成。除了限定環212之外，限定室容積腔210的外周還可由上部電極202、底部電極204、一個或一個以上的絕緣環(如216和218)、邊緣環214以及下部電極支撐結構2 所限定。[0017]為了從限定區域(限定室容積腔210)排放出中性氣體種類，限定環212可包括多個槽(如槽226a、2^b、以及。中性氣體種類可以通過渦輪泵抽出處理室200。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種被設置為將等離子體限定在延伸的等離子體限定區內的限定環，該限定區包繞位于可調間隙電容耦合等離子體處理室的上部電極和下部電極之間的間隙，通過該限定環能夠將工藝氣體和反應副產品泵出等離子體處理室。此處所述的是一種用作電容耦合等離子體處理室的部件的限定環，其中所述限定環的內表面提供有延伸的等離子體限定區，所述限定區包繞位于上部電極和下部電極之間的間隙，在所述室中進行等離子體處理過程中，半導體襯底被支撐于所述下部電極上，所述限定環包括環形上部壁，其水平延伸并且在其內端包含適于支承所述等離子體室的所述上部電極的外邊緣的環形凸緣；側壁，其從上部壁的外端豎直向下延伸；和環形下部壁，其從所述側壁的下端向內水平延伸，所述下部壁包括沿圓周間隔開的徑向延伸的槽，所述槽中的每一條有至少1.0英寸的長度，和0. 05至0.2英寸的一致的寬度，所述槽均勻間隔放置，徑向位置偏差不超過2°。本實用新型的限定環通過將等離子體限定在延伸的等離子體限定區內并將工藝氣體和反應副產品泵出等離子體處理室能夠優化襯底處理。
圖1示出范例的等離子體處理室示意圖。圖2示出現有技術中電容耦合等離子體處理室及其RF返回路徑的框圖。圖3示出范例的可調間隙電容耦合等離子體處理室的局部橫截面。圖4A根據實施方式示出限定環的透視圖。圖4B示出圖4A所示的限定環的側壁中的一組通孔的細節。圖4C示出通過圖4A所示的限定環的螺紋孔的局部橫截面。圖4D示出通過圖4A所示的限定環的對準銷孔的局部橫截面。圖4E示出圖4A所示的限定環的俯視圖。圖4F示出圖4A所示的限定環的去除其頂部壁后的剖開立體圖。
具體實施方式
此處所述的是一種被設置為將等離子體限定在延伸的等離子體限定區內的限定環，所述限定區包繞位于可調間隙電容耦合等離子體處理室的上部電極和下部電極之間的間隙。圖3示出范例的可調間隙電容耦合等離子體處理室300的局部橫截面。室300包括襯底支撐組件310、包含中央電極板303和環形外部電極304的上部電極以及導電(例如純鋁或者鋁合金，這里概括稱作鋁)限定環500，根據一種實施方式，限定環500從環形外部電極304向外延伸。從通過其中心軸的豎直平面看限定環500的橫截面時，限定環500呈 C形。圖4A-4F所示為限定環500的細節。限定環500包括，環形上部壁510，其水平延伸并且包含位于其內端的適于支承所述等離子體處理室300的環形外部電極304的外邊緣的環形凸緣511，側壁520，其從上部壁510的外端豎直向下延伸，環形下部壁530，其從側壁520的下端向內水平延伸，下部壁530包括沿圓周間隔開的徑向延伸的槽531，通過槽 531可以將氣體副產品泵出所述等離子體限定區，槽531中的每一條有至少為1. 0英寸的長度，0.05至0.2英寸的一致的寬度，槽531均勻間隔放置，徑向位置偏差高達2°，優選偏差 1. 25°。側壁520優選除了有一組布置成5排水平的靠在一起的均勻隔開的通孔521夕卜， 不含其它開口。每個孔521優選有約0.030英寸(此處所用的“約”意指士 10%)的直徑并且孔521之間的間隔約0. 06英寸。下部壁530有約14. 880英寸的內徑。上部壁510有約16. 792英寸的內徑。側壁 520有約20. 500英寸的外徑，約20. 000英寸的內徑以及約0. 25英寸的厚度。上部壁510的下部水平表面512與下部壁530的上部水平表面532的間隔距離約 0. 850英寸。下部壁530有約0.25英寸的厚度。下部壁530包含在其內周緣向下延伸的環形凸起535。環形凸起535有約0. 365英寸的寬度，并且向下部壁530的下表面534以下延伸 0. 2英寸。槽531中的每一條有約1. 892英寸的長度和約0. 08英寸的寬度。槽531的端部是圓形的。槽531中的每一條偏離其緊鄰的槽1.25°。槽531中的每一條相對于限定環 500的中心軸從約7. 97英寸處徑向延伸至約9. 862英寸處。上部壁510有約0. 31英寸的厚度。環形凸緣511由上部壁510的上部內端的環形凹槽515形成。環形凹槽515由水平表面51 和豎直表面51 形成，其中，水平表面 51 從上部壁510的內周緣延伸約0. 1245英寸，豎直表面51 從上部壁510的上部表面 516延伸0. 165英寸。上部壁510包括其上部表面516上的8個7/16- (統一螺紋標準)螺紋孔530。 螺紋孔530的中心位于離限定環500的中心軸約9. 315英寸處，螺紋孔530彼此偏離45°。 每個螺紋孔有約0. 2英寸的深度。上部壁510還包括三個對準銷孔540a、M0b和MOc (統一稱作M0)。對準銷孔 540是光滑的(無螺紋)。對準銷孔中的每一個有約0. 116英寸的直徑和約0. 2英寸的深度。對準銷孔討0的中心位于離限定環500的中心軸約9. 5英寸處。從上部壁510朝向下部壁530的方向看，孔MOc逆時針方向偏離螺紋孔530中的一個約34.5° ；孔MOb逆時針方向偏離孔^Oc約115° ；并且孔MOa逆時針方向偏離孔MOb約125°。限定環500可以是單個整塊的部件，也可以是組裝件。例如，限定環500替代地可以包括機械地附著(例如合適的帶或夾持裝置)或者聯接(例如釬焊、焊接或粘結)的兩個或者兩個以上的部分，其中所述部分可以沿著水平表面或者豎直表面附著或者聯接。下表面534可以提供與襯底支撐組件310的可移動接地環(未示出)的上端的電接觸，其中下表面534優選包括適于增強與可移動接地環電接觸的導電涂層。通過徑向延伸槽531可以將工藝氣體和反應副產品泵出等離子體處理室。可選地，至少一個帶槽環307可以安置在限定環500之下。帶槽環307可以有相對于限定環500放置的種式樣的槽以調節通過徑向延伸槽531的氣體流通率。限定環500用作電容耦合等離子體處理室的部件，其中限定環500的內表面提供有延伸的等離子體限定區，所述限定區包繞位于上部電極和下部電極之間的間隙，在所述室中進行等離子體處理的過程中，半導體襯底被支撐于所述下部電極上。 盡管已參照限定環的具體實施方式
對其進行了詳細描述，但對本領域技術人員而
言，顯然可以作出各種變更和修改以及使用等同方式，卻不背離所附權利要求書的范圍。
權利要求1.一種用作電容耦合等離子體處理室的部件的限定環，其中所述限定環的內表面提供有延伸的等離子體限定區，所述限定區包繞位于上部電極和支撐下部電極之間的間隙，在所述室中進行等離子體處理的過程中，半導體襯底被支撐于所述下部電極上，所述限定環包括環形上部壁，其水平延伸并且包含位于其內端的適于支承所述等離子體室的所述上部電極的外邊緣的環形凸緣；側壁，其從上部壁的外端豎直向下延伸；和環形下部壁，其從所述側壁的下端向內水平延伸，所述下部壁包括沿圓周間隔開的徑向延伸的槽，所述槽中的每一條有至少1.0英寸的長度，和0. 05至0.2英寸的一致的寬度， 所述槽均勻間隔，徑向位置偏差不超過2°。
2.根據權利要求1所述的限定環，其中所述側壁除了有一組布置成5排水平的直徑約為0. 030英寸的均勻隔開的通孔外，不含其它開口。
3.根據權利要求1所述的限定環，其中所述下部壁有約14.880英寸的內徑和約0. 25 英寸的厚度。
4.根據權利要求1所述的限定環，其中所述上部壁有約16.792英寸的內徑和約0. 31英寸的厚度。
5.根據權利要求1所述的限定環，其中所述側壁有約20.500英寸的外徑，約20. 000英寸的內徑，和約0. 25英寸的厚度。
6.根據權利要求1所述的限定環，其中所述上部壁的下部水平表面與所述下部壁的上部水平表面的空間間隔約0. 850英寸。
7.根據權利要求1所述的限定環，其中所述槽中的每一條有約1.892英寸的長度和約 0. 08英寸的寬度，所述槽的端部是圓形的且所述槽中的每一條偏離其緊鄰的槽1. 25°，并且所述槽中的每一條相對于所述限定環的中心軸從約7. 97英寸處徑向延伸至約9. 862英寸處。
8.根據權利要求1所述的限定環，其中所述下部壁包含在其內周緣向下延伸的環形凸起，所述環形凸起有約0. 365英寸的寬度，并且向所述下部壁的下表面以下延伸約0. 2英寸。
9.根據權利要求1所述的限定環，其中，所述環形凸緣由所述上部壁的上部內端的環形凹槽形成，所述環形凹槽由水平表面和豎直表面形成，其中，所述水平表面從所述上部壁的內周緣延伸約0. 1245英寸，所述豎直表面從所述上部壁的上表面延伸約0. 165英寸。
10.根據權利要求1所述的限定環，還包括所述上部壁的上表面上的8個7/16- 螺紋孔，其中所述螺紋孔的中心位于離所述限定環的中心軸約9. 315英寸處且所述螺紋孔的中心彼此偏離45° ；并且所述螺紋孔中的每一個有約0. 2英寸的深度。
11.根據權利要求10所述的限定環，還包括第一、第二和第三對準銷孔，其中所述對準銷孔是無螺紋的；所述對準銷孔中的每一個有約0. 116英寸的直徑和約0. 2英寸的深度；所述對準銷孔的中心位于離所述限定環的中心軸約9. 5英寸處；所述第三對準銷孔逆時針方向偏離所述螺紋孔中的一個約34. 5° ；所述第二對準銷孔逆時針方向偏離所述第三對準銷孔約115° ；所述第一對準銷孔逆時針方向偏離所述第二對準銷孔約125°。
12.根據權利要求1所述的限定環，其中所述限定環是單個整塊的部件或者包括兩個或兩個以上沿著水平表面或者豎直表面機械地附著或者聯接的部分。
13.根據權利要求1所述的限定環，其中所述限定環由導電材料制成。
14.根據權利要求1所述的限定環，其中所述限定環由鋁制成。
專利摘要本實用新型描述了一種用作電容耦合等離子體處理室的部件的限定環。所述限定環的內表面提供有延伸的等離子體限定區，所述限定區包繞位于上部電極和下部電極之間的間隙，在所述室中進行等離子體處理的過程中，半導體襯底被支撐于所述下部電極上。
文檔編號H01J37/16GK202285227SQ20112022171
公開日2012年6月27日 申請日期2011年6月27日 優先權日2010年6月30日
發明者拉金德爾·迪恩扎, 邁克爾·C·凱洛格, 阿列克謝·馬拉什塔內夫 申請人:朗姆研究公司