專利名稱：局部等離子體約束和壓強(qiáng)控制裝置及其方法
局部等離子體約束和壓強(qiáng)控制裝置及其方法
背景技術(shù)：
等離子體處理方面的進(jìn)展促進(jìn)了半導(dǎo)體工業(yè)的增長(zhǎng)。在當(dāng)今的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中，制造企業(yè)需要能夠?qū)⒗速M(fèi)最小化并生產(chǎn)出高品質(zhì)的半導(dǎo)體設(shè)備。因此，通常需要工藝參數(shù)的嚴(yán)格控制以在襯底處理過(guò)程中達(dá)到令人滿意的結(jié)果。在處理室內(nèi)，氣體可以與射頻(RF)電流相互作用以在襯底處理過(guò)程中形成等離子體。為了控制等離子體的形成以及保護(hù)處理室壁，所述等離子體可被約束在受限室容積 (chamber volume)內(nèi)，比如外圍環(huán)(peripheral ring)中的區(qū)域。為了從約束區(qū)域(外圍環(huán)內(nèi)的容積)排出中性氣體物質(zhì)(species)，外圍環(huán)可包括多個(gè)槽。每個(gè)槽具有幾何形狀， 其被配置為足夠大以允許所述中性氣體物質(zhì)通過(guò)橫穿所述槽而退出所述約束區(qū)域并流向渦輪泵。一般來(lái)說(shuō)，為了有效地約束所述約束區(qū)域內(nèi)的等離子體，每個(gè)槽傾向于具有不到等離子體鞘層厚度的兩倍的橫斷面。等離子體鞘層可存在于槽的每一邊上。因此如果總的鞘層厚度大于槽的寬度，則在鞘層之間不會(huì)有任何大團(tuán)的等離子體，因此等離子體被槽夾滅 (pinch)。但是如果槽的寬度大于2*鞘層厚度，那么等離子體可存在于槽內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道為了產(chǎn)生襯底處理過(guò)程中所需的期望的等離子體，每種配方 (recipe)/配方步驟會(huì)要求被維持的一定的壓強(qiáng)量/水平(pressure volume/level)。然而，在襯底處理過(guò)程中，一定環(huán)境下(例如，室環(huán)境)可引起壓強(qiáng)量/水平波動(dòng)。為了控制壓強(qiáng)量/水平，可以使用真空閥，所述真空閥被設(shè)置于所述約束區(qū)域的下游、渦輪泵的上游。 在一示例中，為了增加壓強(qiáng)量/水平，可以關(guān)緊所述真空閥。不幸的是，隨著壓強(qiáng)的增加，等離子體鞘層趨向于衰竭(collapse)且等離子體鞘層的尺寸會(huì)變小。在某些環(huán)境中，每個(gè)槽的橫斷面尺寸會(huì)變得大于收縮等離子體鞘層的尺寸的兩倍。如果等離子體鞘層已收縮，則所述槽不再能將等離子體約束在所述約束區(qū)域內(nèi)。 因此，等離子體可橫穿所述槽并在所述約束區(qū)域的外面被形成。這在關(guān)緊所述真空閥不僅可增加所述約束區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平，也可增加外部室容積(所述約束區(qū)域外面的區(qū)域) 中的壓強(qiáng)量/水平時(shí)尤其如此。所以，外部室容積的高壓環(huán)境會(huì)助長(zhǎng)非約束等離子體的形成。因此，用于壓強(qiáng)控制同時(shí)將等離子體的形成約束在由外圍環(huán)形成的區(qū)域內(nèi)的裝置是需要的。


在附圖中通過(guò)實(shí)施例的方式而非通過(guò)限定的方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，在這些附圖中， 同樣的參考數(shù)字符號(hào)指代同樣的元件，其中圖1示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式中，具有局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置的處理室的局部視圖的簡(jiǎn)圖。圖2A、2B和2C示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式中，可被用來(lái)執(zhí)行局部化的壓強(qiáng)控制的不同程度的偏置(offset)的實(shí)施例。圖3示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式中，用于自動(dòng)執(zhí)行局部化的壓強(qiáng)控制和等離子體
4約束的方法的簡(jiǎn)單流程圖。
具體實(shí)施例方式此處參照如附圖中所示的本發(fā)明的若干實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，會(huì)闡明大量具體細(xì)節(jié)。但是，顯然地，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些甚或全部的情況下被實(shí)施。在其他情況下，為了不令本發(fā)明產(chǎn)生不必要的含糊，公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)不會(huì)被詳細(xì)描述。下文將描述各種實(shí)施方式，包括方法和技術(shù)。應(yīng)當(dāng)記住的是本發(fā)明也可涵蓋包含有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的制品，在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)可讀指令。所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀代碼的諸如半導(dǎo)體、磁性的、光磁的、光學(xué)的或其他形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。此外，本發(fā)明還可涵蓋用于實(shí)行本發(fā)明實(shí)施方式的裝置。這樣的裝置可包括執(zhí)行與本發(fā)明實(shí)施方式有關(guān)的任務(wù)的專用和/ 或可編程電路。所述裝置的實(shí)施例包括被適當(dāng)編程的通用計(jì)算機(jī)和/或?qū)Ｓ糜?jì)算設(shè)備，且可包括適于與本發(fā)明實(shí)施方式有關(guān)的各種任務(wù)的計(jì)算機(jī)/計(jì)算設(shè)備和專用/可編程電路的組合。如前所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，壓強(qiáng)控制通過(guò)調(diào)節(jié)真空閥來(lái)提供。由于真空閥傾向位于遠(yuǎn)離約束區(qū)域的位置，所以所述真空閥的調(diào)節(jié)不僅會(huì)改變約束區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平，還會(huì)趨向于改變外圍環(huán)外面的壓強(qiáng)量/水平。在本發(fā)明的一個(gè)方面，發(fā)明人在此意識(shí)到需要局部控制以調(diào)節(jié)外圍環(huán)內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平而不改變約束區(qū)域外面的壓強(qiáng)量/水平。按照本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了用于壓強(qiáng)控制同時(shí)將等離子體約束在由外圍環(huán)形成的區(qū)域內(nèi)的裝置。本發(fā)明的實(shí)施方式包括局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置。本發(fā)明的實(shí)施方式還包括用于管理局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置的自動(dòng)反饋裝置及其方法。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，在等離子體處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)提供了局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置。在實(shí)施方式中，可在電容耦合等離子體(CCP)處理系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用 (implement)局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置。在實(shí)施方式中，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置包括固定的外圍環(huán)和至少一個(gè)可移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)。雖然可使用多于一個(gè)的可移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)來(lái)控制用于從約束區(qū)域排出氣體的開(kāi)口的尺寸，但成本考慮和物理空間限制可使得用于每個(gè)外圍環(huán)的多于一個(gè)的可移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)的實(shí)施在經(jīng)濟(jì)上和/或物理上較不可行。在本文中，會(huì)用單一外圍環(huán)作為示例來(lái)討論各種實(shí)施方式。但是，本發(fā)明并不限于單一外圍環(huán)，本發(fā)明可應(yīng)用于具有一或多個(gè)外圍環(huán)的等離子體處理系統(tǒng)。反之，所述討論意欲作為示例且本發(fā)明并不受這些示例的限制。在實(shí)施方式中，可將導(dǎo)通控制環(huán)設(shè)置于約束區(qū)域之內(nèi)或約束區(qū)域之外(約束區(qū)域是指由外圍環(huán)所包圍的周界)。將導(dǎo)通控制環(huán)設(shè)置為緊靠外圍環(huán)。此處所討論的術(shù)語(yǔ)“緊靠”可以是指(但不限于)嵌在里面和外面、嵌在另一者之內(nèi)、鄰近、被小間隙隔開(kāi)，等等。 在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，導(dǎo)通控制環(huán)環(huán)繞外圍環(huán)。換句話說(shuō)，導(dǎo)通控制環(huán)被設(shè)置為更靠近外部室容積，從而提供防止可能發(fā)生的等離子體非受約束的屏障。外圍環(huán)可具有多個(gè)槽(可以是固定尺寸或可變尺寸)。在實(shí)施方式中，導(dǎo)通控制環(huán)上的槽的數(shù)量和位置可以變化。在一實(shí)施方式中，導(dǎo)通控制環(huán)上的槽的數(shù)量和位置可與外圍環(huán)上的槽的數(shù)量和位置相匹配。在另一實(shí)施方式中，導(dǎo)通控制環(huán)上的槽的數(shù)量和/或位置可與外圍環(huán)上的槽的數(shù)量和/或位置不同。為了控制約束區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)，可相對(duì)于外圍環(huán)驅(qū)動(dòng)/移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)以操縱外圍環(huán)上的每個(gè)槽的開(kāi)口。在實(shí)施方式中，可使用馬達(dá)(比如步進(jìn)馬達(dá))來(lái)驅(qū)動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)。在襯底處理過(guò)程中，所述馬達(dá)可移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)以控制外圍環(huán)的槽的尺寸。在一示例中，通過(guò)將導(dǎo)通控制環(huán)上的每個(gè)槽的位置設(shè)定為與外圍環(huán)上的每個(gè)槽的位置相匹配，可利用外圍環(huán)上的槽的給定尺寸來(lái)排放處理后副產(chǎn)品氣體(比如中性氣體物質(zhì))。然而，為了減小外圍環(huán)上的槽的尺寸，導(dǎo)通控制環(huán)可以被移動(dòng)以使外圍環(huán)上的槽通過(guò)導(dǎo)通控制環(huán)上的槽而偏置。在實(shí)施方式中，所述偏置可以是在零偏置到全偏置的范圍內(nèi)。此處所討論的零偏置是指這樣一種情況其中至少外圍環(huán)上的第一槽與導(dǎo)通控制環(huán)上的第一槽相匹配以提供用于氣體排放的無(wú)障礙通道。此處所討論的全偏置是指這樣一種情況其中至少外圍環(huán)上的一個(gè)槽被導(dǎo)通控制環(huán)上的槽遮蓋使得用于氣體排放的通道被阻塞。從上述可知，外圍環(huán)和導(dǎo)通控制環(huán)之間的偏置關(guān)系也可包括部分偏置使得用于氣體排放的通道的至少一部分是可用的。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道生產(chǎn)環(huán)境通常是動(dòng)態(tài)環(huán)境。在襯底處理過(guò)程中，壓強(qiáng)量/水平會(huì)波動(dòng)。在實(shí)施方式中，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置被配置來(lái)為約束區(qū)域提供局部壓強(qiáng)控制。通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通控制環(huán)，可以進(jìn)行局部壓強(qiáng)控制。在一示例中，為了提高約束環(huán)內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平，可相對(duì)于外圍環(huán)驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)以使外圍環(huán)上的每個(gè)槽的尺寸減小，從而增加約束區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)卻不增加外部室容積中的壓強(qiáng)。 在實(shí)施方式中，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置被配置來(lái)將等離子體約束在約束區(qū)域內(nèi)。在一示例中，外圍環(huán)上的槽因室環(huán)境而變得大于等離子體鞘層的尺寸的兩倍。在現(xiàn)有技術(shù)中，等離子體鞘層的衰竭可使得等離子體能夠橫穿所述槽到達(dá)外部室容積中。但是，通過(guò)操縱可移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)，外圍環(huán)上的槽可維持在小于等離子體鞘層尺寸的兩倍。換句話說(shuō)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)/驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)，所述導(dǎo)通控制環(huán)可以使外圍環(huán)上的每個(gè)槽的開(kāi)口偏置，從而有效地縮小所述槽的尺寸并實(shí)質(zhì)上防止等離子體泄漏到外部室容積中。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置是自動(dòng)反饋裝置，其中可以使用傳感器來(lái)監(jiān)控約束區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平。由所述傳感器收集的數(shù)據(jù)可被發(fā)送至控制模塊(其可包括工藝模塊控制器)以用于分析?？梢詫簭?qiáng)數(shù)據(jù)與預(yù)定閾值范圍相比較。如果壓強(qiáng)量/水平超出所述閾值范圍，則可發(fā)送指令給馬達(dá)以驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)來(lái)局部地改變約束區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平。通過(guò)提供用于執(zhí)行壓強(qiáng)控制的裝置，可以調(diào)節(jié)外圍環(huán)的約束室容積內(nèi)的壓強(qiáng)量/ 水平卻不影響外部室容積(約束區(qū)域外面的區(qū)域)中的壓強(qiáng)量/水平。通過(guò)局部壓強(qiáng)控制， 可在襯底處理過(guò)程中保持襯底上方的穩(wěn)定等離子體，同時(shí)約束等離子體使其不得橫穿外圍環(huán)的槽而在約束區(qū)域的外面形成。此外，該裝置的自動(dòng)反饋特征使得壓強(qiáng)控制和/或等離子體約束能夠自動(dòng)發(fā)生而無(wú)需人工干預(yù)。參照附圖及下面的討論，可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式中，具有局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置的處理室100的局部視圖的簡(jiǎn)圖?？雌渲械那闆r，舉例來(lái)說(shuō)，襯底106在處理室100內(nèi)被處理。 在實(shí)施方式中，處理室100可以是電容耦合等離子體處理室。襯底106可被置于底部電極CN 102484940 A說(shuō)明書4/7 頁(yè)
104之上。在襯底處理過(guò)程中，可用來(lái)蝕刻襯底106的等離子體108可形成于襯底106和上部電極102之間。為了控制等離子體的形成以及為了保護(hù)處理室壁，可以使用外圍環(huán)112。外圍環(huán) 112可由諸如硅、多晶硅、碳化硅、碳化硼、陶瓷、鋁之類的導(dǎo)電材料制成。通常而言，外圍環(huán) 112可被配置為包圍受約束的室容積110的外圍，在所述受約束的室容積110中會(huì)形成等離子體108。除了外圍環(huán)112，受約束的室容積110的外圍還可通過(guò)上部電極102、底部電極 104、邊緣環(huán)114、絕緣環(huán)116和118以及室支撐結(jié)構(gòu)128進(jìn)行限定。在襯底處理過(guò)程中，氣體可從氣體分配系統(tǒng)(未圖示)流入受約束的室容積110 中以與RF電流相互作用從而產(chǎn)生等離子體108。RF電流可從RF源122經(jīng)由電纜124和RF 匹配器120流到底部電極104。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道某些室部件(比如上部電極、底部電極、絕緣環(huán)、邊緣環(huán)、室支撐件，等等)可具有不同于圖中所示的其他組態(tài)。此外，RF源和RF 匹配器的數(shù)量也可根據(jù)等離子體處理系統(tǒng)的情況而變化。為了從所述約束區(qū)域(受約束的室容積110)排出處理后副產(chǎn)品氣體(比如中性氣體物質(zhì))，外圍環(huán)112可包括多個(gè)槽(比如槽126a、126b、126c、128a、128b、128c、130a、 130b和130c)。所述處理后副產(chǎn)品氣體(比如中性氣體物質(zhì))可在被渦輪泵134抽出處理室100之前從受約束的室容積110橫穿至處理室100的外部區(qū)域132 (外部室容積)中。盡管可以使用其它組態(tài)，外圍環(huán)112上的槽可具有輻射狀(radial shape)。每個(gè)槽的幾何形狀被配置為足夠大以允許處理后副產(chǎn)品氣體(比如中性氣體物質(zhì))退出受約束的室容積110。槽的數(shù)量和尺寸可取決于用于處理室的期望的導(dǎo)通率。但是，每個(gè)槽通常具有不到等離子體鞘層(未圖示)兩倍的橫斷面。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道處理室100具有動(dòng)態(tài)環(huán)境。所以，壓強(qiáng)量/水平在襯底處理過(guò)程中會(huì)波動(dòng)。如前所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，可以使用真空閥138來(lái)執(zhí)行壓強(qiáng)控制。然而，在一定條件下，比如當(dāng)真空閥138被關(guān)緊時(shí)，較高的壓強(qiáng)量/水平可導(dǎo)致等離子體鞘層(未圖示)衰竭。隨著等離子體鞘層衰竭，外圍環(huán)112上的槽的橫斷面會(huì)變得大于收縮等離子體鞘層的尺寸的兩倍。結(jié)果，等離子體會(huì)變成不受約束的，且可橫穿所述槽并逸出至處理室100 的外部區(qū)域132中。由于在壓強(qiáng)量/水平上的變化沒(méi)有被局限在受約束的室容積110內(nèi)， 因此處理室100的外部區(qū)域132 (外部室容積)此時(shí)可具有促進(jìn)等離子體形成的高壓環(huán)境。由于通常需要諸如壓強(qiáng)量/水平之類的處理參數(shù)的嚴(yán)格控制以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體設(shè)備，因此需要一種裝置和/或方法來(lái)控制受約束的室容積110內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平。在實(shí)施方式中，可使用導(dǎo)通控制環(huán)136來(lái)提供局部壓強(qiáng)控制。在實(shí)施方式中，可將導(dǎo)通控制環(huán) 136設(shè)置為緊靠外圍環(huán)112。此處所討論的術(shù)語(yǔ)“緊靠”可以是指(但不限于)嵌在里面和外面、嵌在另一者之內(nèi)、鄰近、被小間隙隔開(kāi)，等等。舉例來(lái)說(shuō)，導(dǎo)通控制環(huán)136可由絕緣材料制成且可被設(shè)置為鄰近外圍環(huán)112。在另一示例中，導(dǎo)通控制環(huán)136可環(huán)繞外圍環(huán)112使得導(dǎo)通控制環(huán)136可用來(lái)阻止等離子體從受約束的室容積110流入處理室100的外部區(qū)域 132 中。在一實(shí)施方式中，導(dǎo)通控制環(huán)136上的槽(140a、140b、140c、142a、142b、142c、 144a、144b 和 144c)的數(shù)量可與外圍環(huán) 112 上的槽(126a、126b、126c、128a、128b、128c、 130a、130b和130c)的數(shù)量相匹配。在另一實(shí)施方式中，槽的數(shù)量可以不相匹配。例如，導(dǎo)通控制環(huán)136上的槽的數(shù)量可大于外圍環(huán)112上的槽的數(shù)量。通過(guò)驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)136，可操縱在導(dǎo)通控制環(huán)136的槽和外圍環(huán)112的槽之間的偏置程度以提供局部壓強(qiáng)控制。從上述可知，對(duì)外圍環(huán)112上的每個(gè)槽的偏置程度可根據(jù)導(dǎo)通控制環(huán)上的槽的數(shù)量和 /或位置而變化。為便于討論，圖2A、2B和2C示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式中，可被用來(lái)執(zhí)行局部化的壓強(qiáng)控制的不同程度的偏置的實(shí)施例。圖2A示出了在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，具有零度偏置的局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置(200)的局部視圖。在實(shí)施方式中，導(dǎo)通控制環(huán)136環(huán)繞外圍環(huán)112且導(dǎo)通控制環(huán)136的槽(140a、140b和140c)位于外圍環(huán)112的槽(126a、126b和126c)的正下方。 在這種配置中，外圍環(huán)112的槽(126a、126b和126c)乃最大尺寸。換句話說(shuō)，外圍環(huán)112 的槽(126a、126b和126c)的尺寸與導(dǎo)通控制環(huán)136持續(xù)不存在時(shí)相同。這種配置在等離子體鞘層沒(méi)有收縮且等離子體的非約束的可能性微乎其微時(shí)會(huì)是合乎期望的。然而，在襯底處理過(guò)程中，約束室容積內(nèi)的環(huán)境會(huì)改變。在實(shí)施例中，壓強(qiáng)量/水平可以已經(jīng)落在襯底處理過(guò)程中可接受的閾值范圍之外。為了執(zhí)行壓強(qiáng)控制，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)通控制環(huán)136以使導(dǎo)通控制環(huán)136上的槽(140a、140b和140c)與外圍環(huán)112上的相應(yīng)的槽 (126a、126b和126c)重疊(如圖2B的裝置210中所示)。換句話說(shuō)，導(dǎo)通控制環(huán)136的驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)可使槽(126a、126b和126c)變換為多個(gè)尺寸可變的槽(如槽204a、204b和204c 所示)。在一定條件下(比如在高壓環(huán)境中)，等離子體鞘層的厚度可以收縮，導(dǎo)致外圍環(huán) 112上的槽(126a、126b和126c)的尺寸變得大于收縮等離子體鞘層的尺寸的兩倍。在實(shí)施方式中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)136，外圍環(huán)112上的槽(126a、126b和126c)的幾何結(jié)構(gòu)(例如，尺寸)可被偏置，從而縮小到外部區(qū)域136的開(kāi)口(如較小開(kāi)口 204a-c所示)。在實(shí)施方式中，如果受約束的室容積內(nèi)需要特別高的壓強(qiáng)量/水平，則可將處理后副產(chǎn)品氣體(比如中性氣體物質(zhì))從受約束的室容積排出的導(dǎo)通率減小至持續(xù)為零。為了創(chuàng)造高壓強(qiáng)環(huán)境，可操縱導(dǎo)通控制環(huán)136來(lái)關(guān)閉外圍環(huán)112的槽(126a、126b和126c)的開(kāi)口。換句話說(shuō)，通過(guò)將導(dǎo)通控制環(huán)136上的每個(gè)槽(140a、140b和140c)定位到緊靠外圍環(huán)112上的相應(yīng)的槽(126a、126b和126c)，可以確立百分之百的偏置程度(如圖2C的裝置 220中所示)。再參考圖1，雖然示出的是后置c形的局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置，但是局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置可以具有其他配置。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道導(dǎo)通率在各個(gè)處理室中可以變化。在具有常規(guī)導(dǎo)通率的室中，可以僅將槽定位于區(qū)域(section) 150、152 或154中。在一實(shí)施方式中，如果需要底部排氣，則可將槽(126a、126b和126c)定位于區(qū)域150中。因?yàn)椴壑槐欢ㄎ辉趨^(qū)域150中，可以只需要導(dǎo)通控制環(huán)136的槽(140a、140b和 140c)來(lái)執(zhí)行局部壓強(qiáng)控制。在另一實(shí)施方式中，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置可包括兩個(gè)區(qū)域 (section)用以執(zhí)行局部化的壓強(qiáng)控制。在實(shí)施例中，由于處理室具有針對(duì)排氣的較高導(dǎo)通率的需求，區(qū)域150和152 (舉例來(lái)說(shuō))可將槽(126a、126b、126c、128a、128b和128c)用于排放處理后副產(chǎn)品氣體(比如中性氣體物質(zhì))。類似于前面所述的實(shí)施例，導(dǎo)通控制環(huán)136 上的相應(yīng)的槽(140a、140b、140c、142a、142b和142c)可被用于執(zhí)行壓強(qiáng)控制。在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，后置的c形的局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置可被用在需要特別高的導(dǎo)通率的處理室中。從前述可知，所有三個(gè)區(qū)域(150、152和154)都可被用來(lái)為具有c形結(jié)構(gòu)的處理室執(zhí)行壓強(qiáng)控制。 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置是自動(dòng)反饋裝置。圖3 示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式中，用于自動(dòng)執(zhí)行局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束的方法的簡(jiǎn)單流程圖。將結(jié)合圖1、2A、2B和2C來(lái)討論圖3。在第一步驟302，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置被設(shè)置到初始的設(shè)定點(diǎn)位置。 在實(shí)施例中，將導(dǎo)通控制環(huán)136移動(dòng)到初始的設(shè)定點(diǎn)位置以使導(dǎo)通控制環(huán)136的槽堆疊在外圍環(huán)112的槽的下方(如圖2A中所示)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，可以使用諸如編碼器之類的定位模塊(未圖示)來(lái)記錄導(dǎo)通控制環(huán)136的初始的設(shè)定位置且該初始的設(shè)定位置可被發(fā)送給控制模塊162 (比如工藝模塊控制器)。在下一步驟304，襯底處理開(kāi)始。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道可將配方引入。所述配方可以定義不同工藝參數(shù)(包括壓強(qiáng)參數(shù))的要求。在生產(chǎn)過(guò)程中，所引入的配方被用于處理襯底。在下一步驟306，在襯底處理過(guò)程中監(jiān)控壓強(qiáng)量/水平。在實(shí)施方式中，可以使用傳感器164來(lái)監(jiān)控受約束的室容積110內(nèi)的壓強(qiáng)水平。關(guān)于所述壓強(qiáng)的處理數(shù)據(jù)可被發(fā)送給控制模塊162用于分析。在下一步驟308，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通控制環(huán)136來(lái)維持襯底處理過(guò)程中的壓強(qiáng)量/水平。由于控制模塊162持續(xù)地收集壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，所以控制模塊162能夠確定受約束的室容積 110內(nèi)的壓強(qiáng)量/水平何時(shí)落到可接受的閾值范圍之外。一旦問(wèn)題被識(shí)別，控制模塊162會(huì)重新計(jì)算新的設(shè)定點(diǎn)位置以促使壓強(qiáng)量/水平在可接受的閾值范圍內(nèi)。新的設(shè)定位置可基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)施方式中，控制模塊162可將成組的指令發(fā)送給馬達(dá)160，馬達(dá)160被配置來(lái)驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)136。在實(shí)施方式中，用于移動(dòng)導(dǎo)通控制環(huán)的成組的指令可包括方向信號(hào)(direction signal)和步進(jìn)信號(hào)(step signal) 0在實(shí)施例中，馬達(dá)所接收的指令可表示導(dǎo)通控制環(huán)136將向左邊方向移動(dòng)兩個(gè)步進(jìn)脈沖(用于步進(jìn)馬達(dá)的步進(jìn)信號(hào)通常以步進(jìn)脈沖的數(shù)量來(lái)表示)。在接收成組的指令的基礎(chǔ)上，馬達(dá)160可驅(qū)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通控制環(huán)136到期望的位置，從而改變外圍環(huán)112上的每個(gè)槽的開(kāi)口的尺寸。據(jù)此，調(diào)節(jié)每個(gè)槽的開(kāi)口的尺寸改變了導(dǎo)通率，從而提供了不影響外部室容積中的壓強(qiáng)量/水平的局部壓強(qiáng)控制。操縱導(dǎo)通控制環(huán)136也是用于約束等離子體的有效裝置，即使壓強(qiáng)控制還可通過(guò)其他部件(比如真空閥138，而非導(dǎo)通控制環(huán)136)來(lái)執(zhí)行。在一實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)節(jié)真空閥138，在處理室100 (包括受約束的室容積110和外部區(qū)域132)中，壓強(qiáng)量/水平被提高。 在該實(shí)施例中，由于等離子體鞘層開(kāi)始衰竭，導(dǎo)通控制環(huán)136可被用來(lái)縮小外圍環(huán)112上的槽的開(kāi)口。步驟304到308是可重復(fù)的步驟且可在襯底處理過(guò)程中被不斷重復(fù)。從前述可知，本發(fā)明的一或更多實(shí)施方式提供了局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置。通過(guò)提供局部壓強(qiáng)控制裝置，壓強(qiáng)量/水平上的變化被限定于外圍環(huán)內(nèi)的室容積內(nèi)。由于壓強(qiáng)控制被局部化，用于蝕刻襯底的等離子體被穩(wěn)定在更快的速度。附加地或替代地，由于所述裝置被配置來(lái)基本上消除等離子體形成于外部室容積中的可能性，所以局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置提供了更寬的處理窗口。如此，通過(guò)保護(hù)室部件不受非約束等離子體形成的影響，局部壓強(qiáng)控制和等離子體約束裝置使得擁有成本最小化。雖然本發(fā)明以若干優(yōu)選實(shí)施方式的形式進(jìn)行描述，但其變化方式、置換方式和等同方式也落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。雖然在此提供了多種實(shí)施例，但是這些實(shí)施例旨在說(shuō)明而非限定本發(fā)明。此外，即便本發(fā)明結(jié)合電容耦合等離子體(CCP)處理系統(tǒng)進(jìn)行描述， 但本發(fā)明也可被應(yīng)用于電感耦合等離子體處理系統(tǒng)或混合等離子體處理系統(tǒng)。此外，為方便起見(jiàn)，在此提供了標(biāo)題和概要，所述標(biāo)題和概要不應(yīng)當(dāng)被用來(lái)解釋文中權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。而且，摘要是以高度概括的形式寫就，在此提供摘要是為了方便起見(jiàn)，因此摘要不應(yīng)當(dāng)被用來(lái)解釋或限制總發(fā)明，總發(fā)明在權(quán)利要求書中進(jìn)行陳述。如果在此使用了術(shù)語(yǔ)“成組(set)”，該術(shù)語(yǔ)旨在具有其被通常理解的數(shù)學(xué)上的意義，包括零個(gè)、一個(gè)或者多于一個(gè)。還應(yīng)當(dāng)注意的是，實(shí)施本發(fā)明的方法和裝置有許多替代方式。所以，意思是下面所附的權(quán)利要求書可被理解為包括落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)的所有這樣的變化方式、置換方式和等同方式。
權(quán)利要求
1.用于在襯底的處理過(guò)程中于等離子體處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)執(zhí)行壓強(qiáng)控制的裝置，包括外圍環(huán)，其被配置為至少用于包圍受約束的室容積，其中所述受約束的室容積能夠在襯底處理過(guò)程中維持用于蝕刻所述襯底的等離子體，所述外圍環(huán)包括第一多個(gè)槽，其中所述第一多個(gè)槽被配置為至少用于在所述襯底處理過(guò)程中從所述受約束的室容積排出處理后副產(chǎn)品氣體；以及導(dǎo)通控制環(huán)，其中所述導(dǎo)通控制環(huán)被設(shè)置為緊靠所述外圍環(huán)，且被配置為包括第二多個(gè)槽，其中通過(guò)相對(duì)于所述外圍環(huán)移動(dòng)所述導(dǎo)通控制環(huán)使得所述外圍環(huán)的所述第一多個(gè)槽的第一槽和所述導(dǎo)通控制環(huán)的所述第二多個(gè)槽的第二槽在零偏置到全偏置的范圍中彼此相對(duì)偏置，使所述壓強(qiáng)控制得以實(shí)現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括馬達(dá)，其中所述馬達(dá)被配置來(lái)移動(dòng)所述導(dǎo)通控制環(huán)以執(zhí)行所述壓強(qiáng)控制。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，進(jìn)一步包括被配置用于收集關(guān)于所述受約束的室容積內(nèi)的壓強(qiáng)量的處理數(shù)據(jù)的成組的傳感器。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，進(jìn)一步包括控制模塊，該控制模塊被配置為至少用于從所述成組的傳感器接收所述處理數(shù)據(jù)，分析所述處理數(shù)據(jù)，為所述導(dǎo)通控制環(huán)確定新的位置，以及將所述新的位置作為成組的指令的一部分發(fā)送給所述馬達(dá)。
5.如權(quán)利要求4所述裝置，其中所述馬達(dá)被配置來(lái)接收所述成組的指令且移動(dòng)所述導(dǎo)通控制環(huán)以調(diào)節(jié)所述受約束的室容積內(nèi)的所述壓強(qiáng)量。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述外圍環(huán)被嵌在所述導(dǎo)通控制環(huán)的里面使得所述導(dǎo)通控制環(huán)環(huán)繞所述外圍環(huán)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述導(dǎo)通控制環(huán)由絕緣材料制成。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述等離子體處理系統(tǒng)是電容耦合等離子體處理系統(tǒng)。
9.用于在襯底的處理過(guò)程中于等離子體處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)執(zhí)行壓強(qiáng)控制的方法，其中所述處理室包括被配置成至少用于包圍受約束的室容積的外圍環(huán)，其中所述受約束的室容積能夠在襯底處理過(guò)程中維持用于蝕刻所述襯底的等離子體，所述外圍環(huán)包括第一多個(gè)槽，其中所述第一多個(gè)槽被配置成至少用于在所述襯底處理過(guò)程中從所述受約束的室容積排出處理后副產(chǎn)品氣體，所述方法包括提供導(dǎo)通控制環(huán)，其中所述導(dǎo)通控制環(huán)被設(shè)置為緊靠所述外圍環(huán)，且被配置為包括第二多個(gè)槽；監(jiān)控所述受約束的室容積內(nèi)的壓強(qiáng)量； 將關(guān)于所述壓強(qiáng)量的處理數(shù)據(jù)發(fā)送給控制模塊； 分析所述處理數(shù)據(jù)；將所述受約束的室容積內(nèi)的所述壓強(qiáng)量與預(yù)定閾值范圍相比較； 如果所述壓強(qiáng)量超出所述預(yù)定閾值范圍，則為所述導(dǎo)通控制環(huán)計(jì)算新的位置；以及通過(guò)相對(duì)于所述外圍環(huán)移動(dòng)所述導(dǎo)通控制環(huán)使得所述外圍環(huán)的所述第一多個(gè)槽的第一槽和所述導(dǎo)通控制環(huán)的所述第二多個(gè)槽的第二槽在零偏置到全偏置的范圍中彼此相對(duì)偏置來(lái)調(diào)節(jié)所述受約束的室容積內(nèi)的所述壓強(qiáng)量。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將所述新的位置作為成組的指令的一部分發(fā)送給馬達(dá)，其中所述馬達(dá)被配置成至少用于移動(dòng)所述導(dǎo)通控制環(huán)以調(diào)節(jié)所述受約束的室容積內(nèi)的所述壓強(qiáng)量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述受約束的室容積內(nèi)的所述壓強(qiáng)量的所述監(jiān)控由成組的傳感器來(lái)執(zhí)行。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在初始化所述襯底處理之前，將所述導(dǎo)通控制環(huán)設(shè)置到初始的設(shè)定點(diǎn)位置。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述新的位置在先前的設(shè)定位置的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。
14.在襯底的處理過(guò)程中在等離子體處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)的等離子體約束裝置，包括成組的外圍環(huán)，其具有第一成組的槽，其中所述成組的外圍環(huán)包圍受約束的室容積，所述受約束的室容積能夠在襯底處理過(guò)程中維持等離子體，所述第一成組的槽被配置成至少用于在所述襯底處理過(guò)程中從所述受約束的室容積排出處理后副產(chǎn)品氣體；成組的導(dǎo)通控制環(huán)，其具有第二成組的槽，其中所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)被設(shè)置為緊靠所述成組的外圍環(huán)；以及馬達(dá)，其被配置成至少用于相對(duì)于所述成組的外圍環(huán)移動(dòng)所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)使得所述成組的外圍環(huán)的所述第一成組的槽的第一槽和所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)的所述第二成組的槽的第二槽在零偏置到全偏置的范圍中彼此相對(duì)偏置。
15.如權(quán)利要求14所述的等離子體約束裝置，進(jìn)一步包括被配置用于收集所述受約束的室容積內(nèi)的處理數(shù)據(jù)的成組的傳感器。
16.如權(quán)利要求15所述的等離子體約束裝置，進(jìn)一步包括控制模塊，其被配置成至少用于從所述成組的傳感器接收所述處理數(shù)據(jù)，分析所述處理數(shù)據(jù)，為所述導(dǎo)通控制環(huán)確定新的位置，以及將所述新的位置作為成組的指令的一部分發(fā)送給所述馬達(dá)。
17.如權(quán)利要求16所述的等離子體約束裝置，其中所述馬達(dá)被配置來(lái)接收所述成組的指令且調(diào)節(jié)所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)以維持所述受約束的室容積內(nèi)的等離子體約束。
18.如權(quán)利要求17所述的等離子體約束裝置，其中所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)被設(shè)置在所述受約束的室容積的外面使得所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)環(huán)繞所述成組的外圍環(huán)。
19.如權(quán)利要求18所述的等離子體約束裝置，其中所述成組的導(dǎo)通控制環(huán)由絕緣材料制成。
20.如權(quán)利要求19所述的等離子體約束裝置，其中所述等離子體處理系統(tǒng)是電容耦合等離子體處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了在襯底處理過(guò)程中在處理室內(nèi)用于執(zhí)行壓強(qiáng)控制的裝置。所述裝置包括被配置成至少用于包圍受約束的室容積的外圍環(huán)，所述受約束的室容積被配置成用于在襯底處理過(guò)程中維持用于蝕刻所述襯底的等離子體。所述外圍環(huán)包括被配置成至少用于在所述襯底處理過(guò)程中從所述受約束的室容積排出處理后副產(chǎn)品氣體的多個(gè)槽。所述裝置還包括被設(shè)置為緊靠所述外圍環(huán)且被配置為包括多個(gè)槽的導(dǎo)通控制環(huán)。通過(guò)相對(duì)于所述外圍環(huán)移動(dòng)所述導(dǎo)通控制環(huán)使得所述外圍環(huán)上的第一槽和所述導(dǎo)通控制環(huán)上的第二槽在零偏置到全偏置的范圍中相對(duì)彼此偏置，使所述壓強(qiáng)控制得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H05H1/46GK102484940SQ201080038149
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者安德魯·拜勒, 巴巴克·凱德柯戴安, 拉金德?tīng)枴さ滦恋滤_, 邁克·凱洛格 申請(qǐng)人:朗姆研究公司