專利名稱：具有可調(diào)節(jié)電容的等離子體處理系統(tǒng)的方法和裝置的制作方法
具有可調(diào)節(jié)電容的等離子體處理系統(tǒng)的方法和裝置本申請是申請日為2008年6月23日，申請?zhí)枮?00880022113.4，申請人為朗姆研究公司，名稱為“具有可調(diào)節(jié)電容的等離子體處理系統(tǒng)的方法和裝置”的專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
等離子體處理的進(jìn)步驅(qū)動了半導(dǎo)體工業(yè)的增長。由于半導(dǎo)體工業(yè)的高度競爭特性，器件制造商想要使產(chǎn)量最大化并高效地利用襯底上能夠獲得的表面。在襯底的等離子體處理過程中，需要控制多個參數(shù)以確保處理的器件的高產(chǎn)量。有缺陷的器件的通常原因是缺乏襯底處理過程中的一致性?？赡苡绊懸恢滦缘囊蛩厥且r底邊緣效應(yīng)。有缺陷的器件的另一個原因可能是由于在轉(zhuǎn)移過程中聚合物副產(chǎn)品從一個襯底的后部脫落，落到另一個襯底上。
當(dāng)前的制造技術(shù)面臨著對更高性能器件的需要、進(jìn)一步減少襯底特征尺寸的壓力以及更新的最優(yōu)襯底材料的實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。例如，保持更大的襯底(例如，>300毫米)上從中心到邊緣的處理結(jié)果的一致性變得越來越困難。通常，對于給定的特征尺寸，隨著襯底的尺寸變得更大，邊緣附近襯底上的器件的數(shù)量增加。同樣地，對于給定的襯底尺寸，隨著器件的特征尺寸的減小，邊緣附近襯底上的器件的數(shù)量增加。例如，通常，襯底上的器件總數(shù)的20%以上位于襯底的圓周附近。
圖1顯示了具有單一熱邊緣環(huán)的電容耦合等離子體處理系統(tǒng)的簡圖。通常，通過電容耦合，使用射頻發(fā)生器112來產(chǎn)生等離子體并控制等離子體密度。某些刻蝕應(yīng)用可能要求上電極接地而下電極由射頻能量接電。
一般來說，一組適當(dāng)?shù)臍怏w通過上電極102中的進(jìn)口流入。然后該氣體被離子化以形成等離子體104，以處理(例如，刻蝕或沉積在)襯底106 (比如半導(dǎo)體襯底或玻璃平板)的暴露區(qū)域，在靜電卡盤(ESC) 108上有熱邊緣環(huán)(HER) 116 (例如，硅等)，該靜電卡盤108也作為接電電極。
熱邊緣環(huán)116通常執(zhí)行多種功能，包括在ESC108上定位襯底106以及遮擋不在襯底自身保護(hù)下的下方元件免于被等離子體的離子損害。熱邊緣環(huán)116，如圖1所示，被置于襯底106的邊緣的下方和周圍。熱邊緣環(huán)116可以進(jìn)一步坐落在耦合環(huán)114 (例如，石英等)上，其通常被配置為提供從卡盤108到熱邊緣環(huán)116的電流通路。
如圖1所示，石英套筒126被配置為從耦合環(huán)114伸出以將HER116與ESC108隔離以最小化從ESC組件108和110到HER116的直接的射頻耦合。HER116到ESC組件108和110的射頻耦合是由耦合環(huán)114提供的。石英套筒126和耦合環(huán)114可以是單一部件或者可以是兩個獨(dú)立的部件。
在圖1的實(shí)施例中，絕緣體環(huán)118和120被配置為提供ESC108和接地環(huán)122之間的隔離。石英罩124被置于接地環(huán)122上。耦合環(huán)114的材料可以是石英或者合適的材料以優(yōu)化從ESC108到HER116的射頻耦合。例如，可以使用石英作為耦合環(huán)114以最小化到HERl 16的射頻耦合。在另一個實(shí)施例中，可以使用鋁作為耦合環(huán)114以增強(qiáng)到HERl 16的射頻率禹合。
由于襯底邊緣效應(yīng)，比如電場、等離子體溫度和來自工藝化學(xué)物質(zhì)的負(fù)載作用，在等離子體處理過程中，襯底邊緣附近的處理結(jié)果可能不同于襯底的其它(中心)區(qū)域的處理結(jié)果。例如，襯底106邊緣周圍的電場可能由于到HER116的射頻耦合的變化而變化。等離子體包層的等勢線可能被破壞，在襯底邊緣周圍帶來不一致的離子角分布(angulardistribution)。
一般來說，人們希望電場在襯底的整個表面上方保持大體恒定，以保持處理的一致性和豎直的刻蝕輪廓。在等離子體處理過程中，可以通過設(shè)計優(yōu)化襯底106和HERliei間的射頻耦合平衡以保持處理的一致性和縱向刻蝕。例如，可以將到HER116的射頻耦合優(yōu)化為最大的射頻耦合以獲得一致刻蝕。然而，保持處理一致性的射頻耦合平衡可能帶來斜緣(beveled edge)聚合體沉積的代價。
在刻蝕處理過程中，聚合物副產(chǎn)品(例如，氟化聚合物等)在襯底背部上和/或襯底邊緣周圍形成是常見的。氟化聚合物通常是由先前暴露于刻蝕化學(xué)物質(zhì)的光刻膠材料或者碳氟化合物刻蝕處理過程中沉積的聚合物副產(chǎn)品組成的。通常，氟化聚合物是一種具有化學(xué)式CxHyFz的物質(zhì)，其中x、z是大于O的整數(shù)，而y是大于或等于O的整數(shù)(例如，CF4、C2F6、CH2F2、C4F8、C5F8 等)。
然而，當(dāng)連續(xù)的聚合物層作為一些不同刻蝕處理的結(jié)果而沉積在邊緣區(qū)域時，通常堅(jiān)固而粘著的有機(jī)粘結(jié)物會最終削弱并脫落或剝離，通常在轉(zhuǎn)移過程中會落在另一個襯底上。例如，襯底通常是通過基本清潔的容器(通常稱為盒)在各等離子體處理系統(tǒng)之間成組移動的。當(dāng)放置的較高的襯底在該容器中移動時，一部分聚合物層可能會落到較低的襯底上(那里存在晶粒)，有可能影響器件的良率。
圖2顯示了襯底的簡圖，其中顯示一組邊緣聚合物已經(jīng)沉積在平坦的背部上。如前所述，在刻蝕處理過程中，聚合物副產(chǎn)品(邊緣聚合物)在襯底上形成是常見的。在此實(shí)施例中，聚合物副產(chǎn)品已經(jīng)沉積在平坦的背部，也就是說，襯底上遠(yuǎn)離等離子體的那一側(cè)。例如，聚合物的厚度可以是:在大約70° 202處為大約250nm，在大約45° 204處為270nm，在0° 206處為大約120nm。通常，聚合物的厚度越大，聚合物的一部分變得移位并落在另一個襯底或者卡盤上，從而影響生產(chǎn)良率的概率越高。
例如，到HER116的射頻耦合可以優(yōu)化為最小的射頻耦合以減少聚合物副產(chǎn)品在斜緣上的沉積。然而，最小化斜緣聚合物沉積的射頻耦合平衡可能帶來保持襯底邊緣的處理一致性的代價。
因此，上述現(xiàn)有技術(shù)方法要求最佳的熱邊緣環(huán)具有固定的幾何形狀和/或材料，使得射頻耦合的值恒定。因此，可能需要平衡熱邊緣環(huán)和襯底之間的射頻耦合，以在邊緣一致性或者斜緣聚合物沉積的優(yōu)化之間找到平衡。發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種在等離子體處理室中處理襯底的方法。該襯底被置于卡盤上方并被邊緣環(huán)圍繞。該邊緣環(huán)被從該卡盤電性隔離。該方法還包括向該卡盤提供射頻電力。該方法還包括提供可調(diào)節(jié)電容裝置。該可調(diào)節(jié)電容裝置耦合于該邊緣環(huán)以向該邊緣環(huán)提供射頻耦合，使得該邊緣環(huán)具有邊緣環(huán)電勢。該方法進(jìn)一步包括在該等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體以處理該襯底。該襯底被處理而該可調(diào)節(jié)電容裝置被配置為在處理該襯底的同時，按照所述襯底的直流電勢動態(tài)調(diào)節(jié)所述邊緣環(huán)電勢。
上述發(fā)明內(nèi)容只涉及此處揭示的本發(fā)明的許多實(shí)施方式中的一個，并不意在限制本發(fā)明的范圍，該范圍如權(quán)利要求所述。在下面本發(fā)明的具體實(shí)施方式
部分，結(jié)合附圖，對本發(fā)明的這些及其他特征進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。


本發(fā)明是以附圖的各圖中的實(shí)施例的方式進(jìn)行說明的，而不是以限制的方式，其中類似的參考標(biāo)號表示類似的元件，其中:
圖1顯示了具有單一熱邊緣環(huán)的電容耦合等離子體處理系統(tǒng)的簡圖。
圖2顯示了襯底的簡圖，其中顯示一組邊緣聚合物已經(jīng)沉積在平坦的背部上。
圖3顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，被配置有具有氣密密封腔的耦合環(huán)組件以提供可調(diào)節(jié)(tunable)電容的電容耦合等離子體處理系統(tǒng)的簡圖。
圖4顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配置有直流繼電器開關(guān)的多頻電容耦合等離子體處理系統(tǒng)。
圖5A顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配置有機(jī)械電容器裝置(arrangement)的多頻電容稱合等離子體處理系統(tǒng)。
圖5B顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配置有可用于可變電容器裝置中的斷流器(cutout)的同心環(huán)的俯視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖中描繪的一些實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的描述中，闡明了許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，顯然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部本發(fā)明仍然可以實(shí)現(xiàn)。在其它情況下，沒有對熟知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。
下面描述了包括方法和技術(shù)在內(nèi)的各種實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)記住，本發(fā)明也涵蓋包括計算機(jī)可讀介質(zhì)的制造品，在該計算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲有用于執(zhí)行本發(fā)明的技術(shù)的各實(shí)施方式的計算機(jī)可讀指令。計算機(jī)可讀介質(zhì)可能包括，例如，半導(dǎo)體、磁的、光磁的、光學(xué)的或者其它形式的用于存儲計算機(jī)可讀代碼的計算機(jī)可讀介質(zhì)。進(jìn)一步，本發(fā)明還可涵蓋用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各實(shí)施方式的裝置。這樣的裝置可能包括電路(專用的和/或可編程的)以執(zhí)行與本發(fā)明的各實(shí)施方式有關(guān)的任務(wù)。這樣的裝置的實(shí)施例包括被適當(dāng)編程的通用計算機(jī)和/或?qū)Ｓ糜嬎阊b置，并可包括適于執(zhí)行與本發(fā)明的各實(shí)施方式有關(guān)的各種任務(wù)的計算機(jī)/計算裝置和專用/可編程電路。
按照本發(fā)明的各實(shí)施方式，提供用于配置等離子體處理系統(tǒng)以增強(qiáng)對各等離子體處理參數(shù)的控制的方法和裝置。本發(fā)明的各實(shí)施方式包括為到熱邊緣環(huán)的射頻耦合提供可調(diào)節(jié)電容，以在襯底和該熱邊緣環(huán)之間制造出期望的電勢差。因此，給定的等離子體處理的等離子體包層的等勢線可以被優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)襯底邊緣的一致的刻蝕，而又不妨礙從該襯底的斜緣清潔聚合物副產(chǎn)品。
在本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式中，提供一種配置有上耦合環(huán)和下耦合環(huán)的耦合環(huán)組件。在一個實(shí)施方式中，該上耦合環(huán)和該下耦合環(huán)可以被耦合以形成氣密密封。在一個實(shí)施方式中，該氣密密封耦合環(huán)組件內(nèi)有一個腔，該氣密密封腔可被配置有進(jìn)口和出口以傳送電介質(zhì)材料進(jìn)出該空腔。在一個實(shí)施方式中，通過改變該氣密密封腔內(nèi)部的電介質(zhì)材料可以改變該耦合環(huán)組件的電容，以影響熱邊緣環(huán)頂上的區(qū)域的電學(xué)性質(zhì)。因此，在等離子體處理過程中，調(diào)整該耦合環(huán)的電容以最小化襯底和該熱邊緣環(huán)之間的電勢差以獲得對該襯底的一致刻蝕。類似地，調(diào)整該耦合環(huán)的電容以最大化該襯底和該熱邊緣環(huán)之間的電勢差以執(zhí)行對該襯底的斜緣清潔。
在一個實(shí)施方式中,HER可以配置有接觸腳(contact foot)。在一個實(shí)施方式中，可移動的連接器可被配置于軸上方以使該連接器上下移動以與該接觸腳接觸。按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，該軸可以通過帶片(strap )射頻稱合于ESC下電極。在一個實(shí)施方式中，在等離子體處理過程中，該連接器可以被上下移動以與該接觸腳接觸以充當(dāng)機(jī)械開關(guān)，也就是說，直流繼電器開關(guān)，打開或者關(guān)閉從該ESC下電極到該HER的射頻耦合。因此，當(dāng)該連接器和該腳之間接觸時，到該HER的射頻耦合為一致刻蝕而優(yōu)化。然而，當(dāng)該連接器和該腳之間不接觸時，到該HER的射頻耦合為斜緣清潔而最小化。
在一個實(shí)施方式中，下熱邊緣環(huán)可以配置有向下突出的第一板。在一個實(shí)施方式中，下熱邊緣環(huán)可以配置于HER下方并且不暴露于等離子體。在另一個實(shí)施方式中，第一板可以直接耦合于HER而不使用下熱邊緣環(huán)。按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，該第一板可以被配置為平行于第二板以在該第一板和該第二板之間形成具有空氣間隙的機(jī)械電容器裝置。在一個實(shí)施方式中，該第二板可以通過多個帶片射頻耦合于下ESC電極。在等離子體處理過程中，在一個實(shí)施方式中，通過相對于該第一板移動該第二板以改變這兩個板之間的重疊面積，可以動態(tài)調(diào)整該機(jī)械電容器裝置的電容。因此，從該ESC下電極到該HER的射頻耦合可以由該機(jī)械電容器裝置動態(tài)調(diào)整。
在另一個實(shí)施方式中，該機(jī)械電容器裝置可以是從多個同心環(huán)配置的。在一個實(shí)施方式中，一個同心環(huán)可以配置有多個斷流器和多個隔離該斷流器的部分。在一個實(shí)施方式中，根據(jù)最佳射頻耦合的預(yù)先確定的需要，每個斷流器和/或每個部分可以配置有類似的或不同的幾何形狀。在一個實(shí)施方式中，兩個同心環(huán)(其中每個具有多個斷流器)可以被置于熱邊緣環(huán)下方。在一個實(shí)施方式中，各同心環(huán)可以被空氣間隙隔開以形成電容器裝置。在等離子體處理過程中，該同心環(huán)電容器裝置的電容可以被動態(tài)調(diào)整以改變從ESC組件到HER的射頻耦合。
參考下面的附圖和討論，可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。圖3顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，被配置有具有氣密密封腔的耦合環(huán)組件以提供可調(diào)節(jié)電容的電容耦合等離子體處理系統(tǒng)300的簡圖。
等離子體處理系統(tǒng)300可以是單頻、雙頻或三頻射頻電容性放電系統(tǒng)(dischargesystem)。在一個實(shí)施例中,射頻可包括但不限于,例如,2MHz、27MHz和60MHz。等離子體處理系統(tǒng)300可以被配置為包括位于靜電卡盤(ESC)308上方的襯底306。ESC308 (其也充當(dāng)接電電極)被置于ESC下電極310上方。
考慮這種情況，例如，其中正在處理襯底306。在等離子體處理過程中，具有到地通路(未示以簡化該圖)的多頻射頻發(fā)生器312可以通過射頻匹配網(wǎng)絡(luò)(未示以簡化該圖)向ESC下電極310供應(yīng)低射頻偏置電力。來自射頻發(fā)生器312的射頻電力可能與氣體(未示以簡化該圖)相互作用以在上電極302和襯底306之間引燃等離子體304。可以使用等離子體刻蝕襯底306和/或在襯底306上沉積材料以形成電子器件。
如圖3所示，某些特定刻蝕應(yīng)用可能要求上電極302相對于下電極(其被RF接電)接地。該射頻電力是2MHz、27MHz和60MHz中的至少一個。又一種刻蝕應(yīng)用可能要求該上電極和該下電極兩者都被使用類似的射頻頻率射頻接電。
在圖3的實(shí)現(xiàn)中，絕緣體環(huán)318和320被配置為在熱邊緣環(huán)(HER) 316和接地環(huán)322之間提供隔離。石英罩324被置于接地環(huán)322頂上。HER316可進(jìn)一步坐落于耦合環(huán)組件314上。耦合環(huán)組件314可以是由比如鋁或石墨等導(dǎo)電材料制成的，以提供從ESC組件(例如，ESC308和ESC下電極310)到HER316的射頻耦合。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中該耦合環(huán)是整體結(jié)構(gòu)，耦合環(huán)組件314被配置有上耦合環(huán)314a、下耦合環(huán)314b和空腔330。在一個實(shí)施方式中，空腔330是在耦合環(huán)組件內(nèi)部氣密密封的。此處使用的術(shù)語“氣密密封”用來表示防止氣體或者液體進(jìn)入或者漏出空腔。
在一個實(shí)施方式中，空腔330可以是使用位于上耦合環(huán)314a和下耦合環(huán)314b之間的交界332處的O形環(huán)(未示)氣密密封的。替代地，可以使用形成氣密密封的其它方式，例如，電阻焊接、焊封和/或玻璃密封，以適當(dāng)?shù)仄ヅ溆米黢詈檄h(huán)組件的材料。
盡管不希望被理論束縛，在此發(fā)明人相信，改變耦合環(huán)組件314的電容可以帶來HER316的頂部表面的射頻電壓的相應(yīng)改變。例如，因?yàn)殡娙菔峭ㄟ^該耦合環(huán)組件增加的，該耦合環(huán)組件的阻抗的減少在該HER的頂部表面帶來更高的RF電壓。因此，可以在該HER上方的區(qū)域中產(chǎn)生更高的等離子體密度。
另一方面，例如，如果該耦合環(huán)組件的電容減少，阻抗會減少，在該HER的頂部表面上帶來更低的射頻電壓。因此，該HER上方的區(qū)域中的等離子體密度可能更少。
按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，圖3顯示了具有氣密密封腔330、進(jìn)口通道326和出口通道328的耦合環(huán)組件314。在一個實(shí)施方式中，進(jìn)口通道326和出口通道328被配置為傳送電介質(zhì)材料進(jìn)出氣密密封腔330。因此，在一個實(shí)施方式中，通過改變空腔330內(nèi)部的電介質(zhì)材料，可以改變耦合環(huán)組件314的電容。
電介質(zhì)材料可以是一種固體、液體或者氣體。例如，在一個實(shí)施方式中，可以使用如空氣、氮?dú)?、礦物油、蓖麻油、水、甘油等電介質(zhì)材料以實(shí)現(xiàn)預(yù)先確定的電容。
在一個實(shí)施方式中，對轉(zhuǎn)移電介質(zhì)材料進(jìn)和/或出空腔330的控制是主動或被動的流量控制系統(tǒng)。在主動流量控制系統(tǒng)中，該電介質(zhì)材料流入和/或流出空腔330可以被動態(tài)控制。例如，在等離子體處理過程中，該電介質(zhì)材料可以是以預(yù)先確定的流速流過該空腔的。在另一個實(shí)施例中，對于被動流量控制系統(tǒng)，該電介質(zhì)材料可以是以期望的體積流入空腔330的。然而，在等離子體處理過程中，對于被動流量控制系統(tǒng)，該電介質(zhì)材料不是被動態(tài)地流過空腔330的。
考慮這種情況，例如，其中在等離子體處理過程中，期望對襯底306進(jìn)行一致刻蝕。在一個實(shí)施例中，按照一個實(shí)施方式，可以選定第一電介質(zhì)材料以給耦合環(huán)組件314預(yù)先確定的電容以優(yōu)化從ESC組件到HER316的射頻耦合，以在襯底邊緣環(huán)316上方的射頻包層電壓(Vedge Hng)區(qū)域相對于襯底306上方的射頻包層電壓(Vsubstrate)區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)類似的等離子體包層以產(chǎn)生最小電勢差(Vsu—-V* ring)0因此，對于給定的等離子體處理，該等離子體包層的等勢線被優(yōu)化以使得對襯底306邊緣的離子轟擊保持筆直。襯底306邊緣的豎直的離子轟擊可以確保在等離子體處理過程中相對于襯底中心的一致刻蝕和刻蝕成的圖案的豎直輪廓。
替代地，按照一個實(shí)施方式，可以選定第二電介質(zhì)材料以賦予耦合環(huán)組件314預(yù)先確定的電容以最小化從ESC組件到HER316的射頻耦合，以在襯底邊緣環(huán)316上方的射頻包層電壓(Vedge ring)區(qū)域相對于襯底306上方的射頻包層電壓(Vsubstrate)區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)不相似的等離子體包層，以產(chǎn)生最大的電勢差(Vsubstrate-Vedge ring)0
由于襯底306和HER316之間的高電壓電勢，在襯底306的斜緣上可能發(fā)生電弧。通常，電弧是一種不受歡迎的不可控事件。然而，在襯底的斜緣上沒有器件。因此，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，襯底306的斜緣上的電弧或微爆炸可以作為一種清潔機(jī)制而需要，以除去該襯底的斜緣上沉積的聚合物副產(chǎn)品。
在現(xiàn)有技術(shù)中，該耦合環(huán)是一種整體結(jié)構(gòu)而到該HER的射頻耦合被優(yōu)化以在襯底邊緣的一致刻蝕或該斜緣上沉積聚合物副產(chǎn)品之間取得平衡。與現(xiàn)有技術(shù)方法不同，通過在該耦合環(huán)組件的空腔內(nèi)部有預(yù)先確定的電介質(zhì)材料，該耦合環(huán)組件的電容可以被調(diào)節(jié)。因此，在對襯底的多步驟等離子體處理中，可以調(diào)整該熱邊緣環(huán)上的電學(xué)性質(zhì)以在刻蝕步驟過程中實(shí)現(xiàn)一致刻蝕而在清潔步驟中實(shí)現(xiàn)聚合物副產(chǎn)品沉積的斜緣清潔。
圖4顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配置有直流繼電器開關(guān)的多頻電容耦合等離子體處理系統(tǒng)400。等離子體處理系統(tǒng)400可以被配置為包括接地上電極402、襯底406、靜電卡盤(ESC) 408、ESC下電極410、絕緣體環(huán)418和420、接地環(huán)422和石英罩424。
考慮這種情況，例如，正在 處理襯底406。當(dāng)氣體(未示以簡化該圖)與來自射頻電力產(chǎn)生器412的射頻電力相互作用時，可以激發(fā)等離子體404。可以使用等離子體404刻蝕襯底406和/或在襯底406上沉積材料以形成電子器件。
如上所述，襯底邊緣效應(yīng)，比如電場、等離子體溫度和來自處理化學(xué)物質(zhì)的負(fù)載作用，可能使得襯底邊緣附近的處理結(jié)果不同于襯底的其它(中心)區(qū)域的處理結(jié)果。例如，該等離子體包層的等勢線可能被破壞，導(dǎo)致襯底邊緣周圍的非一致離子角分布。
在圖4的實(shí)現(xiàn)中，HER416被置于耦合環(huán)414上方及襯底406的邊緣周圍。在一個實(shí)施方式中，HER416可配置有接觸腳426。按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，可移動連接器428可置于軸430上方以使連接器428向上和/或向下移動。在一個實(shí)施方式中，軸430被配置為通過帶片432實(shí)現(xiàn)與ESC下電極410的射頻耦合。在一個實(shí)施方式中，通過向上和/或向下移動連接器428，連接器428可以與接觸腳426物理接觸以充當(dāng)機(jī)械開關(guān)，也就是說，直流繼電器開關(guān)，以開啟或關(guān)閉從ESC下電極410到HER416的射頻耦合。
在一個實(shí)施方式中，當(dāng)連接器428被向上移動與接觸腳426物理接觸時，到HER416的射頻耦合被優(yōu)化以在襯底406和HER416之間提供最小的電勢差(Vsubstrate-Vedge ring)以實(shí)現(xiàn)該襯底邊緣的一致刻蝕。
在另一個實(shí)施方式中，當(dāng)連接器428被向下移動從而不與接觸腳426接觸時，到HER416的射頻耦合可以被最小化以在襯底406和HER416之間提供最大的電勢差(Vsubstrate Vedge ring )以除去沉積在該襯底斜緣上的聚合物副產(chǎn)品。
在現(xiàn)有技術(shù)中，到該HER的射頻耦合被優(yōu)化以在襯底邊緣的一致刻蝕或該斜緣上的聚合物副產(chǎn)品的沉積之間取得平衡。與現(xiàn)有技術(shù)方法不同，該機(jī)械開關(guān)可被配置為改變從ESC下電極到HER的射頻耦合的開啟和閉合以影響該HER頂上的電學(xué)性質(zhì)。因此，在對襯底的多步驟等離子體處理中，在刻蝕步驟中，通過開啟該機(jī)械開關(guān)而透過射頻耦合優(yōu)化該熱邊緣環(huán)上的電學(xué)性質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)一致刻蝕。類似地，在清潔步驟中，通過用該機(jī)械開關(guān)關(guān)閉射頻耦合，而實(shí)現(xiàn)對聚合物副產(chǎn)品沉積的斜緣清潔。
圖5A顯示，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配置有機(jī)械電容器裝置的多頻電容耦合等離子體處理系統(tǒng)500。等離子體處理系統(tǒng)500可以被配置為包括接地上電極502、襯底506、靜電卡盤(ESC) 508、ESC下電極510、石英套筒517、絕緣體環(huán)518和520、接地環(huán)522和石英罩524。
考慮這種情況，例如，正在處理襯底506。當(dāng)氣體(未示以簡化該圖)與來自射頻電力產(chǎn)生器512的射頻電力相互作用時，可以激發(fā)等離子體504?？梢允褂玫入x子體504刻蝕襯底506和/或在襯底506上沉積材料以形成電子器件。
在圖5的實(shí)現(xiàn)中，HER516被置于襯底508的邊緣周圍。石英套筒517被配置為將HER516從ESC508隔離以最小化從ESC組件508和510到HER516的直接射頻耦合。
在一個實(shí)施方式中，下HER環(huán)526 (其配置有向下突出的第一電容器環(huán)528)可被置于HER516下方。在一個實(shí)施方式中，下HER環(huán)526不暴露于等離子體504并且不需要像HER516那樣頻繁更換。按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，從下HER環(huán)526向下突出的第一環(huán)528可被配置為平行于第二環(huán)530以在打開的空腔區(qū)域514中形成具有空氣間隙534的機(jī)械電容器裝置。在一個實(shí)施方式中，第二環(huán)530可以通過多個帶片532射頻耦合于ESC下電極510。該多個帶片532可用于提供第二環(huán)530周圍的射頻耦合的方位角的一致性。
替代地，在另一個實(shí)施方式中，第一環(huán)528可以被直接附著于HER516以形成具有第二環(huán)530的電容器裝置。在此實(shí)現(xiàn)中，下HER環(huán)526不是必需的。
在一個實(shí)施方式中，在等離子體處理過程中，第二環(huán)530可以被配置為相對于第一環(huán)528向上和/或 向下移動以改變第二環(huán)530和第一環(huán)528之間的重疊面積。在一個實(shí)施方式中，通過改變該重疊面積，在等離子體處理過程中可以動態(tài)調(diào)整該電容以改變從ESC下電極510到HER516的射頻耦合。
在一個實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)诙h(huán)530被向上移動以與第一環(huán)528形成最大重疊時，到HER516的射頻耦合可以被優(yōu)化以在襯底506和HER516之間提供最小的電勢差(Vsubstrate Vedge ring)以實(shí)現(xiàn)該襯底邊緣的一致刻蝕。
在另一個實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)诙h(huán)530被向下移動從而不與第一環(huán)528重疊時，到HER516的射頻耦合可被最小化以在襯底506和HER516之間提供最大的電勢差(Vsubstrate Vedge ring)以除去該襯底斜緣上沉積的聚合物副產(chǎn)品。
圖5B顯示了，按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配置有可用于可變電容器裝置中的斷流器的同心環(huán)540的俯視圖。在一個實(shí)施方式中，同心環(huán)540可以配置有斷流器550、554和558。在一個實(shí)施方式中，圍繞同心環(huán)540,第一斷流器550可以由第一部分552隔開，第二斷流器554可以由第二部分556隔開等。
按照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，第一斷流器550可與第二斷流器552具有同樣的面積。替代地，第一斷流器550可與第二斷流器554具有不同的面積。在一個實(shí)施方式中，第一部分552可與第二部分556具有相同的面積。替代地，在一個實(shí)施方式中，第一部分552可與第二部分556有不同的面積。因此，根據(jù)最佳射頻耦合的預(yù)先確定的需要，該同心環(huán)周圍的每個斷流器和/或每個部分可具有類似的或不同的面積。
考慮這種情況，例如，其中兩個同心環(huán)(類似于同心環(huán)540)可被置于HER下。在一個實(shí)施方式中，這兩個同心環(huán)可由空氣間隙隔開以形成電容器裝置。通過旋轉(zhuǎn)第一同心環(huán)通過第二同心環(huán)可以改變電容從而可以改變斷流器和實(shí)心部分的重疊面積以動態(tài)調(diào)整電容。因此，可以使用配置有具有斷流器的兩個同心環(huán)的機(jī)械電容器裝置以提供可變電容以影響從ESC組件到HER的射頻耦合。
從上文可以看出，本發(fā)明的實(shí)施方式提供通過改變ESC組件和熱邊緣環(huán)之間的電容的機(jī)制而改變該熱邊緣環(huán)的射頻耦合的方法和裝置。通過改變到該HER的射頻耦合，可以實(shí)現(xiàn)在該襯底邊緣的刻蝕一致性，同時又不會犧牲等離子體處理過程中該斜緣的聚合物副產(chǎn)品的清潔。
盡管依據(jù)一些優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，然而，存在落入本發(fā)明范圍的變更、置換和等同。而且，此處提供的名稱、發(fā)明內(nèi)容和摘要是為了方便，不應(yīng)當(dāng)被用于解釋此處權(quán)利要求的范圍。還應(yīng)當(dāng)注意，有許多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代方式。盡管此處提供了各種實(shí)施例，這些實(shí)施例意在是說明性的而非對本發(fā)明進(jìn)行限制。而且，在此申請中，一組“η”個項(xiàng)目指的是該組中的O個或以上的項(xiàng)目。因而，所附權(quán)利要求的范圍意在被解讀為包括所有這些落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的變更、置換和等同。
權(quán)利要求
1.一種在等離子體處理室中處理襯底的方法，所述襯底被置于靜電卡盤上方并被邊緣環(huán)圍繞，所述邊緣環(huán)被從所述靜電卡盤電性隔離，該方法包含: 向所述靜電卡盤提供射頻電力； 使用耦合環(huán)組件以由所述靜電卡盤向所述邊緣環(huán)提供射頻耦合，所述耦合環(huán)組件圍繞所述靜電卡盤，其中所述耦合環(huán)組件包括上耦合環(huán)和與所述上耦合環(huán)耦合的下耦合環(huán)，空腔被形成在所述上耦合環(huán)和所述下耦合環(huán)之間； 傳送介電材料進(jìn)出所述空腔以改變所述耦合環(huán)的電容；以及 在所述等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體以處理所述襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送所述介電材料是當(dāng)所述基板在所述等離子處理室內(nèi)處理時實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述電介質(zhì)材料包括固體、液體和氣體的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述電介質(zhì)材料包括空氣、氮?dú)?、礦物油、蓖麻油、水和甘油的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 ，其中所述傳送所述電介質(zhì)材料是通過主動流量控制系統(tǒng)和被動流量控制系統(tǒng)的至少一種實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述耦合環(huán)組件是由包括導(dǎo)電材料、鋁和石墨中的至少一種的材料形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將另外的介電材料傳送進(jìn)所述空腔，以改變所述空腔內(nèi)的所述介電材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述介電材料的一部分傳送出所述空腔，以改變所述空腔內(nèi)的介電材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 將第一介電材料流入所述空腔，向所述耦合環(huán)組件提供第一預(yù)定電容，用于優(yōu)化從所述卡盤到所述邊緣環(huán)的所述RF耦合；以及 將第二介電材料流入所述空腔，向所述耦合環(huán)組件提供第二預(yù)定電容，用于最小化從所述卡盤到所述邊緣環(huán)的RF耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將O形環(huán)放置在所述耦合環(huán)組件內(nèi)部，以密封所述空腔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送所述空腔內(nèi)的介電材料增大了所述耦合環(huán)組件的電容，以增大邊緣環(huán)的上表面處的RF電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送所述空腔內(nèi)的介電材料降低了所述耦合環(huán)組件的電容，以降低所述邊緣環(huán)上表面處的RF電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 將所述介電材料傳送進(jìn)出所述空腔，使得所述邊緣環(huán)具有第一電特性； 當(dāng)所述邊緣環(huán)具有所述第一電特性時蝕刻該基板； 將所述介電材料傳送進(jìn)出所述空腔，使得所述邊緣環(huán)具有第二電特性； 當(dāng)所述邊緣環(huán)具有所述第二電特性時，清潔基板邊緣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:密封所述上耦合環(huán)和所述下耦合環(huán)之間的界面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述密封包括電阻焊接所述上耦合環(huán)和所述下耦合環(huán)之間的界面。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述密封包括在所述上耦合環(huán)和所述下耦合環(huán)之間的界面處使用焊封。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述密封包括在所述上耦合環(huán)和所述下耦合環(huán)之間的界面處使用玻璃密封。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述密封包括在所述上耦合環(huán)和下耦合環(huán)之間的界面處設(shè)置O形環(huán)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括將用于該界面處的密封裝置與所述耦合環(huán)組件的材料匹配。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述耦合環(huán)組件由石墨構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 將所述介電材料以一定體積流入空腔； 當(dāng)所述基板在所述等離子處理室內(nèi)處理時，防止所述介電材料流經(jīng)所述空腔。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述介電材料經(jīng)由進(jìn)口管道被傳送到所述空腔內(nèi)，所述介電材料經(jīng)由所述出口管道被傳送到所述空腔外。
23.一種具有配置為處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)，所述襯底被置于靜電卡盤上方并被邊緣環(huán)圍繞，所述邊緣環(huán)被從所述靜電卡盤電性隔離，所述系統(tǒng)包含: 向所述靜電卡盤提供射頻電力； 耦合環(huán)組件，用于從所述靜電卡盤向所述邊緣環(huán)提供射頻耦合，所述耦合環(huán)組件圍繞所述靜電卡盤，其中所述耦合環(huán)組件包括上耦合環(huán)和與所述上耦合環(huán)耦合的下耦合環(huán)，空腔被形成在所述上耦合環(huán)和所述下耦合環(huán)之間； 介電材料，可以被容納于該空腔內(nèi)，傳送介電材料進(jìn)出所述空腔以改變所述耦合環(huán)的電容；以及 所述等離子體處理室被配置為激發(fā)等離子體以處理所述襯底。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述耦合環(huán)組件包含: 上耦合環(huán)； 下耦合環(huán)，所述下耦合環(huán)耦合于所`述上耦合環(huán)以形成氣密密封； 氣密密封腔，所述氣密密封腔置于所述耦合環(huán)組件內(nèi)部，其中所述氣密密封腔配置有進(jìn)口和出口以傳送電介質(zhì)材料進(jìn)出所述氣密密封腔以改變所述耦合組件的電容。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電介質(zhì)材料包括固體、液體、氣體的至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述電介質(zhì)材料包括空氣、氮?dú)狻⒌V物油、蓖麻油、水和甘油的至少一種。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述傳送所述預(yù)先確定的電介質(zhì)材料是通過主動流量控制系統(tǒng)和被動流量控制系統(tǒng)的至少一種實(shí)現(xiàn)的。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可調(diào)節(jié)電容裝置是機(jī)械開關(guān)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述機(jī)械開關(guān)包含: 軸； 接觸腳；以及 可移動連接器，所述可移動連接器被置于所述軸上方，所述軸被配置為協(xié)助所述可移動連接器相對于所述接觸腳上下移動，所述接觸腳被配置為耦合于所述邊緣環(huán)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述軸通過帶片射頻耦合于所述卡盤。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述邊緣環(huán)被配置為如果所述可移動連接器與所述接觸腳物理接觸，則實(shí)現(xiàn)最大的射頻耦合。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述邊緣環(huán)被配置為如果所述可移動連接器不與所述接觸腳物理接觸，則實(shí)現(xiàn)最小的射頻耦合。
33.一種具有配置為處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)，所述襯底被置于卡盤上方并被邊緣環(huán)圍繞，所述邊緣環(huán)被從所述卡盤電性隔離，包含: 向所述卡盤提供射頻電力； 可調(diào)節(jié)電容裝置，所述可調(diào)節(jié)電容裝置耦合于所述邊緣環(huán)以向所述邊緣環(huán)提供射頻耦合，使得所述邊緣環(huán)具有邊緣環(huán)電勢；以及 所述等離子體處理室被配置為激發(fā)等離子體以處理所述襯底，所述襯底被處理而所述可調(diào)節(jié)電容裝置被配置為在處理所述襯底的同時，按照所述襯底的直流電勢動態(tài)調(diào)節(jié)所述邊緣環(huán)電勢， 其中所述可調(diào)節(jié)電容裝置包括機(jī)械開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)包含: 軸； 接觸腳；以及 可移動連接器，所述可移動連接器被置于所述軸上方，所述軸被配置為幫助所述可移動連接器相對于所述接觸腳上下移動，所述接觸腳被配置為耦合于所述邊緣環(huán)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述軸由帶片射頻耦合于所述卡盤。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述邊緣環(huán)被配置為如果所述可移動連接器與所述接觸腳物理接觸，則實(shí)現(xiàn)最大的射頻耦合。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述邊緣環(huán)被配置為如果所述可移動連接器不與所述接觸腳 物理接觸，則實(shí)現(xiàn)最小的射頻耦合。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在所述可調(diào)節(jié)電容裝置中提供機(jī)械電容器裝置，其中所述提供所述機(jī)械電容器裝置包含: 提供第一板； 提供第二板，所述第二板被配置為平行于所述第一板，所述第一板被配置為從所述邊緣環(huán)向下突出，所述第一板和所述第二板由空氣間隙隔開； 提供多個帶片，所述多個帶片被配置將所述第二板射頻耦合于所述卡盤；以及 提供上下移動所述第二板的工具以在等離子體處理過程中調(diào)整與所述第一板的重疊面積。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述機(jī)械電容器裝置包含: 提供第一同心環(huán)，所述第一同心環(huán)配置有第一多個斷流器；提供第二同心環(huán)，所述第二同心環(huán)配置有第二多個斷流器，所述第二同心環(huán)被配置為平行于所述第一同心環(huán)，所述第一同心環(huán)和第二同心環(huán)由空氣間隙隔開； 提供旋轉(zhuǎn)所述第二同心環(huán)的工具以在等離子體處理過程中調(diào)整與所述第一板的重疊面積。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中來自所述第一多個斷流器的所述斷流器具有大致相同的尺寸。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中來自所述第一多個斷流器的所述斷流器具有大致不同的尺寸。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中來自所述第二多個斷流器的所述斷流器具有大致相同的尺寸。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中來自所述第二多個斷流器的所述斷流器具有大致不同的尺寸。
43.一種具有配置為處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)，所述襯底被置于卡盤上方并被邊緣環(huán)圍繞，所述邊緣環(huán)被從所述卡盤電性隔離，包含: 向所述卡盤提供射頻電力； 可調(diào)節(jié)電容裝置，所述可調(diào)節(jié)電容裝置耦合于所述邊緣環(huán)以向所述邊緣環(huán)提供射頻耦合，使得所述邊緣環(huán)具有邊緣環(huán)電勢；以及 所述等離子體處理室被配置為激發(fā)等離子體以處理所述襯底，所述襯底被處理而所述可調(diào)節(jié)電容裝置被配置為在處理所述襯底的同時，按照所述襯底的直流電勢動態(tài)調(diào)節(jié)所述邊緣環(huán)電勢， 其中所述可調(diào)節(jié)電容裝置包括機(jī)械電容器裝置，所述機(jī)械電容器裝置包含: 第一板； 第二板，所述第二板被配置為平行于所述第一板，所述第一板被配置為從所述邊緣環(huán)向下突出，所述第一板和所述第二板由空氣間隙隔開； 多個帶片，所述多個帶片被配置將所述第二板射頻耦合于所述卡盤；以及 上下移動所述第二板的工具以在等離子體處理過程中調(diào)整與所述第一板的重疊面積。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所 述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述機(jī)械電容器裝置包含: 第一同心環(huán)，所述第一同心環(huán)配置有第一多個斷流器； 第二同心環(huán)，所述第二同心環(huán)配置有第二多個斷流器，所述第二同心環(huán)被配置為平行于所述第一同心環(huán)，所述第一同心環(huán)和第二同心環(huán)由空氣間隙隔開； 旋轉(zhuǎn)所述第二同心環(huán)的工具以在等離子體處理過程中調(diào)整與所述第一板的重疊面積。
全文摘要
提供一種在等離子體處理室中處理襯底的方法。該襯底被置于卡盤上方并被邊緣環(huán)圍繞。該邊緣環(huán)被從該卡盤電性隔離。該方法還包括向該卡盤提供射頻電力。該方法還包括提供可調(diào)節(jié)電容裝置。該可調(diào)節(jié)電容裝置耦合于該邊緣環(huán)以向該邊緣環(huán)提供射頻耦合，使得該邊緣環(huán)具有邊緣環(huán)電勢。該方法進(jìn)一步包括在該等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體以處理該襯底。該襯底被處理而該可調(diào)節(jié)電容裝置被配置為在處理該襯底的同時，按照所述襯底的直流電勢動態(tài)調(diào)節(jié)所述邊緣環(huán)電勢。
文檔編號H01J37/32GK103177927SQ20131005012
公開日2013年6月26日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者拉金德爾·德辛德薩, 阿列克謝·馬拉赫塔諾夫 申請人:朗姆研究公司