專利名稱：可調間隔電容耦合等離子體處理室的耗材隔離環的制作方法
技術領域：
本實用新型總體涉及等離子體處理室。
背景技術：
對于每一代后繼的半導體技術，晶片的直徑趨向于增大，而晶體管的尺寸則趨于減小，導致在襯底處理過程中要求更高程度的精確度和可重復性。半導體襯底材料如硅晶片的常規處理使用等離子體處理室。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)、抗蝕劑剝離和等離子體蝕刻。可通過向等離子體處理室中的合適工藝氣體施加射頻(RF)功率而生成等離子體。等離子體處理室中的射頻電流可影響處理過程。等離子體處理室可依靠各種裝置例如電感耦合(變壓器耦合)、螺旋波、電子回旋共振、電容耦合(平行板)生成等離子體。舉例來說，可以在變壓器耦合等離子體 (TCPTM)處理室中，或者在電子回旋共振(ECR)處理室中生成高密度等離子體。變壓器耦合等離子體處理室可以從美國加利福尼亞州弗里蒙特市的朗姆研究公司(Lam Research Corporation)獲得，其中射頻能量電感耦合到該室。在共有的專利號為5，948，704的美國專利中公開了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，在此將該專利的公開內容引作參考。在共有的專利號為4，340，462,4, 948，458,5, 200，232和5，820，723 的美國專利中公開了平行板等離子體處理室、電子回旋共振(ECR)等離子體處理室、以及變壓器耦合等離子體(TCP )處理室，在此將該些專利的公開內容引作參考。舉例來說，等離子體可以產生于平行板處理室中，例如在共有的專利號為 6，090，304的美國專利中所描述的雙頻率等離子體蝕刻室，在此將該專利的公開內容引作參考。優選的平行板等離子體處理室是包括了上部噴林頭電極和襯底支撐件的雙頻率電容耦合等離子體處理室。出于說明的目的，參考平行板式等離子體處理室對此處的實施方式進行描述。圖1說明了用于等離子體蝕刻的平行板等離子體處理室。該等離子體處理室 100包含了腔室110、入口負荷鎖112、以及可選的出口負荷鎖114，在共有的專利號為 6，擬4，627的美國專利中描述了該等離子體處理室進一步的細節，在此將該專利整體引作參考。負荷鎖112和114(如果提供了)包括傳送裝置以傳送襯底(例如來自晶片供應部件162的晶片)穿過腔室110，并到達晶片接收部件164。負荷鎖泵176可提供負荷鎖112 和114中所期望的真空壓強。真空泵172例如渦輪泵適于在腔室110中保持所期望的壓強。在等離子體蝕刻過程中，腔室壓強是受控制的，并優選地保持在足以維持等離子體的水平。太高的腔室壓強可能不利于蝕刻停止，而太低的腔室壓強則可能導致等離子體熄滅。在中等密度等離子體處理室例如平行板等離子體處理室中，優選地保持腔室壓強低于大約200毫托(如小于100 毫托，比如20到50毫托)(此處的“大約”意指士 10% )。為了控制腔室中的壓強，真空泵172可連接到在腔室110壁中的出口，并可通過閥173調節。優選地，真空泵在蝕刻氣體流入腔室110中時能夠保持腔室110中的壓強小于 200毫托。腔室110包括上電極組件120，該上電極組件120包括上電極125 (例如噴淋頭電極)和襯底支撐件150。上電極組件120安裝在上殼體130中。上殼體130可通過裝置132 豎直移動以調節上電極125和襯底支撐件150之間的間隔。工藝氣體源170可連接到殼體130以傳送包含了一種或多種氣體的工藝氣體到上電極組件120。在優選的等離子體處理室中，上電極組件包含配氣系統，該系統可用于傳送工藝氣體到鄰近襯底表面的區域。在共有的專利號為6，333，272,6, 230，651,6, 013，155和 5，824，605的美國專利中公開了可包含一個或多個氣體環、注入器和/或噴淋頭的配氣系統，在此將該些專利的公開內容引作參考。上電極125優選地包含噴淋頭電極，該噴淋頭電極包括了氣孔(未圖示)以由氣孔分送工藝氣體。氣孔直徑可在0.02到0.2英寸之間。噴淋頭電極可包含一個或多個豎直空間分隔擋板(vertically spaced-apart baffle plates)，該些擋板可促進期望的工藝氣體分送。上電極和襯底支撐件可以由任意合適的材料如石墨、硅、碳化硅、鋁(如陽極氧化鋁)、或這些材料的組合物制成。傳熱液體源174可連接到上電極組件120，另一個傳熱液體源可連接到襯底支撐件150。襯底支撐件150可有一個或多個嵌入式夾持電極，用于靜電夾持襯底支撐件150 的上表面155(支撐表面)上的襯底。襯底支撐件150可由射頻源及伴隨的電路系統(未圖示)如射頻匹配電路系統供電。襯底支撐件150優選是溫度控制的，且可以可選地包括加熱裝置(未圖示)。在共同轉讓的專利號為6，847，014和7，161，121的美國專利中公開了加熱裝置的實施例，在此將該些專利引作參考。襯底支撐件150可支撐半導體襯底如支撐表面155上的平面板(flat panel)或者200毫米或300毫米晶片。襯底支撐件150優選地包括位于其中的通道，用于在受支撐表面155支撐的襯底下面供應傳熱氣體如氦，以在等離子體處理過程中控制襯底溫度。舉例來說，氦背面冷卻 (helium back cooling)可保持晶片溫度足夠低以防止襯底上的光刻膠燃燒。在共有的專利號為6，140,612的美國專利中公開了通過向襯底和襯底支撐表面之間的空間引入增壓氣體來控制襯底溫度的方法，在此將該專利引作參考。襯底支撐件150可包括起模銷孔(lift pin holes)(未圖示)，通過這些起模銷孔起模銷可被合適的裝置豎直驅動，并可升高襯底脫離支撐表面155以便運入腔室110以及從腔室110運出。起模銷直徑可在0.08英寸左右。在共有的專利號為5，885，423和 5，796，066的美國專利中公開了起模銷孔的細節，在此將該些專利的公開內容引作參考。圖2示出了電容耦合等離子體處理室200的框圖來說明其中射頻電流的流動路徑。襯底206在處理室200中進行處理。為點燃等離子體以蝕刻襯底206，向室200中的工藝氣體施加射頻功率。在襯底處理過程中，射頻電流可以從射頻供應件222沿電纜2M經過射頻匹配網絡220流入處理室200。射頻電流可以沿路徑240流動以與工藝氣體耦合以在限定室容積腔210中生成等離子體，用于處理位于底電極204上面的襯底206。為了控制等離子體的形成以及保護處理室壁，可使用限定環212。在共有的于 2009年8月31日提交申請的臨時專利申請序列號為61/238656、61/238665、61/238670的美國專利申請中以及公開號為2008/0149596的美國專利申請中描述了典型限定環的細節，在此將該些專利申請的公開內容引作參考。限定環212可由導電材料如硅、多晶硅、碳化硅、碳化硼、陶瓷、鋁、以及類似的材料制成。通常限定環212可配置為圍繞在其中形成等離子體的限定室容積腔210的外圍。除限定環212之外，限定室容積腔210的外圍也可以由上電極202、底電極204、一個或多個絕緣環如216和218、邊緣環214以及下電極支撐結構2 來限定。為了排放來自限定區域(限定室容積腔210)的中性氣體簇，限定環212可包括多個槽(比如槽2^a、226b和。中性氣體簇在由渦輪泵234抽出處理室200之前可橫穿限定室容積腔210進入處理室200的外部區域232 (external region)(在室容積腔外面)°襯底處理過程中形成的等離子體應當保持在限定室容積腔210中。然而，在一定條件下，等離子體可能在限定室容積腔210之外點燃。舉例來說，給定高增壓環境，中性氣體簇(從處理室200的限定室容積腔210排出到外部區域23 可能遭遇射頻場。射頻場在外室(outside chamber)的存在可能引起非限定等離子體250的形成。在典型的處理環境中，射頻電流從射頻發生器流入限定室容積腔210，然后電接地。射頻電流從室容積腔210到電接地的流動路徑被稱作射頻返回路徑。參照圖2，射頻返回路徑242可包括沿一組限定環212的內部流動的射頻返回電流。在點252，射頻返回路徑可沿限定環212的外部流動以橋接處理室200的內壁表面。射頻返回電流可從室壁隨一組帶230流到下電極支撐結構228。射頻返回電流可從下電極支撐結構228的表面經由射頻匹配網絡220流回射頻源222。從上述內容可知，沿著路徑M2，射頻電流在其電接地的途中流過限定室容積腔 210的外面。所以，射頻場可產生于外室區域。這樣的射頻場的存在可能引起非限定等離子體250形成于處理室200的外部區域232中。因此，用于提供短的射頻返回路徑同時防止非限定等離子體點燃的裝置是需要的。
實用新型內容本實用新型的目的是提供可調間隔電容耦合等離子體處理室的耗材隔離環。此處描述的是可調間隔電容耦合等離子體處理室的耗材隔離環，該耗材隔離環具有內徑大約 14. 8英寸，外徑大約15. 1英寸，高大約0. 3英寸的矩形截面，具有三個設置于該耗材隔離環下外緣(IOwer outer edge)、方位角間距120°的凹處，其中每個凹處具有直徑大約為0. 1英寸的半圓柱壁部分(walled portion)，該半圓柱壁部分的中心軸位于離耗材隔離環的中心軸大約7. 5英寸的半徑上；每個凹處具有在耗材隔離環外表面上有開口的直壁部分，該直壁部分寬度等于半圓柱壁部分的直徑，并且與半圓柱壁部分相連接；每個凹處深度大約為0.09英寸。所述凹處的所有邊緣具有大約0.02英寸寬的45°切角。所述耗材隔離環配置為被支撐于可移動接地環的臺階之上，其中所述可移動接地環被配置為適配可移動襯底支撐組件的固定接地環并提供至可移動襯底支撐組件的固定接地環的射頻返回路徑，所述可移動襯底支撐組件被配置為支撐進行等離子體處理的半導體襯底，所述可移動接地環包含環形底部壁和從所述底部壁的內圓周向上延伸的側壁，所述側壁具有被配置為圍繞所述固定接地環外圓周的內表面，使得所述可移動接地環相對于所述固定接地環可豎直移動，所述臺階由從所述側壁的上表面延伸而來的豎直表面和延伸于所述內表面與所述豎直表面之間的水平表面形成，所述水平表面包括多個適于接收銷的盲孔，所述銷與所述耗材隔離環的所述凹處配對。當所述耗材隔離環被支撐于所述可移動接地環的所述臺階之上時，所述耗材隔離環的內表面與所述可移動接地環的所述側壁的所述內表面基本上是同延的，并且所述耗材隔離環的上表面與所述可移動接地環的所述側壁的所述上表面基本上是同延的。所述耗材隔離環配置為電隔離所述可移動接地環和所述可移動襯底支撐組件的介電環，其中所述介電環具有圍繞邊緣環的等離子體暴露面。此處所述的耗材隔離環提供短的射頻返回路徑，同時防止非限定等離子體點燃。
圖1所示為典型等離子體處理室的示意圖。圖2所示為現有技術中電容耦合等離子體處理室及其射頻返回路徑的框圖。圖3A所示為當可調間隔電容耦合等離子體處理室的可移動襯底支撐組件處于上部位置時，該典型可調間隔電容耦合等離子體處理室的部分截面。圖;3B所示為當可調間隔電容耦合等離子體處理室的可移動襯底支撐組件處于下部位置時，圖3A中的典型可調間隔電容耦合等離子體處理室的部分截面。圖4A-4C所示為可移動襯底支撐組件的可移動接地環的細節。圖5A-5C所示為有多個凹處的耗材隔離環的細節。
具體實施方式
此處描述的是圍繞可調間隔電容耦合等離子體處理室中的可移動襯底支撐組件的耗材隔離環。圖3A和:3B所示為典型可調間隔電容耦合等離子體處理室300的部分截面。 室300包含可移動襯底支撐組件310和上電極，該上電極包括中心電極板303、環形外部電極304以及從環形外部電極304向外延伸的導電限定環305，該導電限定環305包括上水平部分30 、從上水平部分30 的外端向下延伸的豎直部分30 以及從豎直部分30 的下端向內延伸的下水平部分305c，該下水平部分305c包括徑向擴展槽，經由這些擴展槽工藝氣體和反應副產品被抽出等離子體處理室300。當可移動襯底支撐組件310處于如圖3A 中所示的上部位置時，下水平部分305c內端的下表面與可移動接地環400的上端電接觸。 下水平部分305c內端的下表面優選地包括適于增強與可移動接地環400電接觸的導電涂層。當可移動襯底支撐組件310處于上部位置時，對支撐于可移動襯底支撐組件310之上的半導體襯底進行等離子體處理。限定環305可包括至少一個位于下水平部分305c下面的開槽環307，該開槽環307相對于下水平部分305c可旋轉以便調整通過徑向擴展槽的氣流傳導(gas flow conductance) 0圖所示為可移動襯底支撐組件310處于下部位置，在該位置時，半導體襯底可傳送到可移動襯底支撐組件310上面。可移動襯底支撐組件310包含可移動接地環400、下電極317、靜電卡盤(ESC)312、 邊緣環311、介電環306、至少一個絕緣環315、固定接地環340，其中，在靜電卡盤312上半導體襯底被靜電夾持，邊緣環311具有圍繞ESC 312的等離子體暴露面，介電環306具有圍繞邊緣環311的等離子體暴露面，絕緣環315位于邊緣環311的下面，固定接地環340由導電材料組成、位于介電環306的下面并圍繞絕緣環315。可移動接地環400被支撐于可抑壓的柱塞350之上，該柱塞350被支撐于固定接地環340之上。可移動接地環400相對于固定接地環340可豎直移動以便在可移動襯底支撐組件310移動到上部位置時使可移動接地環400與限定環305電接觸。可移動襯底支撐組件310可被支撐于電接地偏壓殼體360之上。固定接地環340可包括三個柱塞支撐孔，在底部壁(bottom wall)的外層部分沿圓周間隔分開(circumferentially spaced apart)，每個柱塞支撐孔與含有可抑壓銷的柱塞支撐殼體嚙合，使得銷的上端延伸到底部壁的上表面之上。圖4A-4C所示為可移動接地環400的細節。可移動接地環400包含環形底部壁402 和從該底部壁402的內圓周向上延伸的側壁401。側壁401具有內表面401a，內表面401a 被配置為圍繞固定接地環；340的外圓周，使得可移動接地環400相對于固定接地環340可豎直移動。如圖4B中所示，可移動接地環400優選地在內表面401a中具有臺階(st印)440， 該臺階440由從側壁401的上表面401b延伸而來的豎直表面440a和延伸于內表面401a 與豎直表面440a之間的水平表面440b形成。如圖4C中所示，水平表面440b包括多個適于接收豎直銷499的盲孔440h，這些豎直銷499與耗材隔離環320(見圖3A-3B)下表面中的定位孔配對，該耗材隔離環320適于在可移動襯底支撐組件310處于下部位置時電隔離側壁401的上端和介電環306。如圖5A中所示，耗材隔離環320在其下表面中包括多個定中心的凹處321。這些凹處321被配置為接收從臺階440水平表面440b中的盲孔440h延伸而來的豎直銷499，每個豎直銷499被定位于各自的一個定中心凹處321中。在一種實施方式中，如圖5A-5C中所示，耗材隔離環320具有內徑大約14. 8英寸， 外徑大約15. 1英寸，高大約0.3英寸的矩形截面。三個方位角間距120°的凹處被設置于該耗材隔離環320的下外角(lower outer corner)。每個凹處321具有直徑大約為0. 1英寸的半圓柱壁部分321a。半圓柱壁部分321a的中心軸位于離耗材隔離環320的中心軸大約7. 5英寸的半徑上。半圓柱壁部分321a與在耗材隔離環320外表面上有開口的直壁部分321b相連接。直壁部分321b的寬度等于半圓柱壁部分321a的直徑。凹處321的深度大約為0.09英寸。凹處321的所有邊緣優選地具有大約0.02英寸寬的45°切角。凹處 321被配置為消解耗材隔離環320和可移動接地環400的熱膨脹系數的偏差，凹處321優選地由鋁制成，且在耗材隔離環320和可移動接地環400所處的溫度范圍內將耗材隔離環320 中心對齊可移動接地環400的中心。如圖3A、;3B、4B、4C和5C中所示，當耗材隔離環320被支撐于可移動接地環400的臺階440之上時，耗材隔離環320的內表面320b與可移動接地環400的側壁401的內表面401a基本上是同延的(coextensive)，耗材隔離環320的上表面320a與可移動接地環400的側壁401的上表面401b基本上是同延的。耗材隔離環320可由一種或多種合適的材料如石英、硅、碳化硅、氧化釔、氧化鋁、 或者噴涂涂層后的金屬制成。優選地，耗材隔離環320由石英制成。盡管已參照耗材隔離環的具體實施方式
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，而不背離所附權利要求書的范圍。
權利要求1.一種可調間隔電容耦合等離子體處理室的耗材隔離環，所述耗材隔離環具有內徑大約14. 8英寸、外徑大約15. 1英寸、高大約0. 3英寸的矩形截面，以及設置于所述耗材隔離環的下外緣、方位角間距為120°的三個凹處，其中每個凹處具有直徑大約為0. 1英寸的半圓柱壁部分，所述半圓柱壁部分的中心軸位于離所述耗材隔離環的中心軸大約7. 5英寸的半徑上；每個凹處具有在所述耗材隔離環外表面上有開口的直壁部分，所述直壁部分寬度等于所述半圓柱壁部分的直徑，并且與所述半圓柱壁部分相連接；以及每個凹處深度大約為0. 09英寸。
2.如權利要求1所述的耗材隔離環，其中所述凹處的所有邊緣具有大約0.02英寸寬的 45°切角。
3.如權利要求1所述的耗材隔離環，其配置為被支撐于可移動接地環的臺階之上，其中所述可移動接地環被配置為適配可移動襯底支撐組件的固定接地環并提供至可移動襯底支撐組件的固定接地環的射頻返回路徑，所述可移動襯底支撐組件被配置為支撐進行等離子體處理的半導體襯底，所述可移動接地環包含環形底部壁和從所述底部壁的內圓周向上延伸的側壁，所述側壁具有被配置為圍繞所述固定接地環外圓周的內表面，使得所述可移動接地環相對于所述固定接地環可豎直移動，所述臺階由從所述側壁的上表面延伸而來的豎直表面和延伸于所述內表面與所述豎直表面之間的水平表面形成，所述水平表面包括多個適于接收銷的盲孔，所述銷與所述耗材隔離環的所述凹處配對。
4.如權利要求1所述的耗材隔離環，其中當所述耗材隔離環被支撐于所述可移動接地環的所述臺階之上時，所述耗材隔離環的內表面與所述可移動接地環的所述側壁的所述內表面基本上是同延的，并且所述耗材隔離環的上表面與所述可移動接地環的所述側壁的所述上表面基本上是同延的。
5.如權利要求1所述的耗材隔離環，其配置為電隔離所述可移動接地環和所述可移動襯底支撐組件的介電環，其中所述介電環具有圍繞邊緣環的等離子體暴露面。
專利摘要描述了可調間隔電容耦合等離子體處理室的耗材隔離環。該耗材隔離環配置為被支撐于適配固定接地環的可移動接地環的臺階之上。該耗材隔離環配置為電隔離可移動接地環和可移動襯底支撐組件的介電環。
文檔編號H01J37/32GK202307788SQ20112022171
公開日2012年7月4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