專利名稱：等離子加工用的靜電夾緊邊環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及等離子加工用的一種改進(jìn)的設(shè)備和方法，特別是等離子蝕刻半導(dǎo)體基片用的改進(jìn)的設(shè)備和方法。
在加工半導(dǎo)體基片時，典型的做法是用機(jī)械夾緊器和靜電夾緊器(ESC)將基片夾持在真空室內(nèi)基片夾持器的工位上。這種夾緊系統(tǒng)及其構(gòu)件的例子可在本申請人共同擁有的美國專利號5,262,029和5,838,529中找到。單極夾盤的例子可在美國專利號4,665,463中找到，雙極夾盤的例子可在美國專利號4,692,836和5,055,964中找到。為了冷卻基片，可將冷卻氣體如氦供應(yīng)到基片的背側(cè)。這種冷卻氣體的例子可在美國專利號5,160,152；5,238,499；5,350,479和5,534,816中找到。
基片支承可包括環(huán)繞基片的、能消耗(犧牲)的邊環(huán)，目的是要將等離子體限制在晶片之上的區(qū)域內(nèi)及/或保護(hù)ESC使它免受等離子體的腐蝕。例如在本申請人共同擁有的美國專利號5,805,408；5,998,932和6,013,984中所說明的邊環(huán)配置。其他邊環(huán)配置可在美國專利號5,494,523；5,986,874；6,022,809；6,096,161；和6,117,349中找到。
在將犧牲環(huán)環(huán)繞晶片布置的等離子加工配置中，最好能改進(jìn)環(huán)和在其下的基片支承部分之間的熱接觸。由于熱聯(lián)接的改進(jìn)，便可改進(jìn)對環(huán)的溫度控制，并可減小環(huán)和晶片之間所需的間隙。而且最好能使從基板到晶片之上區(qū)域內(nèi)等離子的RF阻抗路徑較密切地與從基板到邊環(huán)區(qū)域內(nèi)等離子的RF阻抗路徑匹配，為的是提高晶片邊緣附近等離子的均勻度。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明提供的聯(lián)接環(huán)的組合件適宜用在等離子反應(yīng)室內(nèi)環(huán)繞基片支承布置。聯(lián)接環(huán)組合件包括一個具有環(huán)形支承表面的零件和一個在支承表面上的靜電夾盤。
本發(fā)明還提供一個等離子反應(yīng)室，該室包括一個晶片支承，要被加工的晶片可支承在其上，和一個靜電邊環(huán)夾盤，在加工時邊環(huán)可支承在其上。在等離子反應(yīng)室的一個較優(yōu)的實(shí)施例中，基片支承包括一個基板，在其上表面上設(shè)有一個靜電晶片夾盤。在等離子反應(yīng)室的另一個較優(yōu)的實(shí)施例中，邊環(huán)夾盤為聯(lián)接環(huán)組合件的一個部件。
本發(fā)明還提供一種在等離子室內(nèi)處理半導(dǎo)體基片如晶片的方法，其中等離子室包括一個基片支承、一個設(shè)在基片支承上表面上的靜電晶片夾盤、和一個可將邊環(huán)支承在其上的靜電邊環(huán)夾盤。在一個較優(yōu)的實(shí)施例中，該方法包括下列工步用靜電將晶片夾緊在晶片夾盤上，用靜電將邊環(huán)夾緊在邊環(huán)夾頭上，將加工氣體供應(yīng)到等離子室內(nèi)，將加工氣體增能使成為等離子態(tài)，然后用等離子加工晶片。
圖4為按照本發(fā)明的等離子室的部分視圖，該室包括一個裝在基板上的整體的邊環(huán)/晶片夾盤；及圖5為按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的等離子室的部分視圖，該室包括一個適宜配裝在基板上晶片和邊環(huán)夾盤之間槽內(nèi)的邊環(huán)。
較優(yōu)實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明提供一種等離子反應(yīng)器用的、改進(jìn)的基片支承配置，其中犧牲邊環(huán)環(huán)繞半導(dǎo)體基片如硅晶片布置。在該配置中，邊環(huán)只是支承在其下的基片支承上，并且只是用重力及/或與基片支承的摩擦接合保持在位，在用等離子加工基片時邊環(huán)能變得非常熱。在基片與邊環(huán)一部分疊置的情況下，在用等離子加工時邊環(huán)的熱膨脹會將基片從基片支承上舉起，因此在邊環(huán)和基片之間必需留有足夠的間隙。在使用靜電夾盤來將基片固定到基片支承上的情況下，在該支承內(nèi)設(shè)有一個通電的電極，該電極將RF偏頻供應(yīng)到基片上，從通電的電極通過ESC和基片到等離子體的RF阻抗路徑可能不同于從通電電極的外部通過邊環(huán)到等離子體的RF阻抗路徑，這樣就在基片的邊緣上造成一個不均勻的等離子密度。本發(fā)明克服這些問題的方法是，設(shè)置一個靜電邊環(huán)夾盤來改善邊環(huán)對基片支承的熱聯(lián)接。另外，按照本發(fā)明還選用邊環(huán)夾盤和邊環(huán)的材料，這樣由于RF阻抗路徑匹配的改善，越過基片的等離子密度便能較為均勻。


圖1示出按照本發(fā)明一個實(shí)施例的平行板等離子反應(yīng)室10。該設(shè)備包括一個上電極11和一個下電極組合件12。下電極組合件包括一個基板13和一個裝在其上表面上的靜電晶片夾盤14。有一聯(lián)接環(huán)15停留在基板的突緣16上。聯(lián)接環(huán)15有一邊環(huán)夾盤17裝在其上表面上。有一邊環(huán)18支承在邊環(huán)夾盤17的、外露的上表面上。晶片19裝在晶片夾盤14上以致覆蓋晶片夾盤和邊環(huán)18的內(nèi)表面。晶片19覆蓋晶片夾盤14的邊緣使晶體夾盤14的邊緣得以減少暴露在等離子體內(nèi)的離子下，因為暴露在等離子下能夠造成腐蝕，從而減少夾盤14的壽命。環(huán)繞晶片夾盤14的邊環(huán)18就是為了進(jìn)一步保護(hù)晶片夾盤14使它不受離子損害而設(shè)。邊環(huán)18是一個能消耗而可更換的部件。晶片19伸出到晶片夾盤14之外，邊環(huán)18的一部分在晶片19邊緣之下延伸。晶片19一般伸出到晶片夾盤14邊緣之外1到2mm。為了對晶片夾盤14提供較大程度的保護(hù)，邊環(huán)18頂面的定位應(yīng)盡可能地接近晶片19的下側(cè)。由于邊環(huán)在加工時會受熱膨脹，在晶片下側(cè)和邊環(huán)之間需要有一間隙。如果邊環(huán)被放置得與晶片背側(cè)過分接近，那么邊環(huán)在加工時的熱膨脹實(shí)際上能迫使晶片離開夾盤，使加工過程失敗。
圖2為圖1中的下電極組合件12的放大視圖。晶片19搭接在邊環(huán)18上，在晶片背側(cè)和邊環(huán)18之間形成一個間隙23。邊環(huán)18的內(nèi)邊與晶片夾盤14對接，這樣來將邊環(huán)18保持在對晶片19合適的位置上。如圖所示，邊環(huán)18停留在聯(lián)接環(huán)組合件上，該組合件包括一個聯(lián)接環(huán)15和一個固定在其上表面上的靜電邊環(huán)夾盤17。邊環(huán)夾盤17能延伸到完全越過聯(lián)接環(huán)15或者邊環(huán)夾盤17可被坐落在聯(lián)接環(huán)15上表面的凹腔內(nèi)。聯(lián)接環(huán)15可被支承在基板13上，使用或不用機(jī)械的或膠粘的固緊手段如使用多個螺栓24。邊環(huán)夾盤17可被合適的供電配置26使用一條延伸通過其中一個螺栓24內(nèi)通道的導(dǎo)線28供以DC(直流)電。為了改進(jìn)邊環(huán)15和基板13之間的熱轉(zhuǎn)移，可將熱轉(zhuǎn)移氣體如He或加工氣體從氣體源30通過氣體通道32供應(yīng)到聯(lián)接環(huán)15和基板13之間及/或邊環(huán)夾盤17和邊環(huán)18之間的界面上。氣體通道32能在環(huán)繞基板13而間隔開的一個或多個位置上延伸通過基板13和聯(lián)接環(huán)15，例如延伸通過螺檢28內(nèi)的通道。邊環(huán)夾盤17可以是單極或雙極的夾盤。
圖3-5示出本發(fā)明另一實(shí)施例的多個變型，其中邊環(huán)夾盤裝在基板上而不是裝在聯(lián)接環(huán)上。如圖3所示，邊環(huán)夾盤被支承在基板32上，而在晶片夾盤36上支承著晶片38。為了促進(jìn)熱轉(zhuǎn)移，氣體供應(yīng)源30可將熱轉(zhuǎn)移氣體通過氣體通道32供應(yīng)到邊環(huán)夾盤34和邊環(huán)30之間的界面上。
圖4示出本發(fā)明的等離子室的另一實(shí)施例，該室具有一個整體的(單件的)晶片夾盤和邊環(huán)夾盤。如圖所示，在該整體的晶片/邊環(huán)夾盤40上表面的周邊部上制有凹槽允許將晶片42裝在夾盤的中心部上并搭置在邊環(huán)44上，而該邊環(huán)裝在夾盤的周邊部上。邊環(huán)夾盤的電極被示出系用DC電源46供電。夾盤邊環(huán)部的內(nèi)部電極(單極的或雙極的)最好在電路上與夾盤晶片部的內(nèi)部電極絕緣。
圖5示出本發(fā)明的等離子室的另一實(shí)施例，其中邊環(huán)夾盤50和晶片夾盤都直接裝在基板54上使兩個夾盤50、52的上表面近似在同一平面上。在基板54上有一凹槽將這兩個夾盤50、52隔開。邊環(huán)58有一沿軸向延伸的部分60，其形狀正好與基板56內(nèi)的凹槽接合，還有一沿徑向延伸的部分62，其下表面擱置在邊環(huán)夾盤50上。邊環(huán)沿軸向延伸的部分60的大小須能容許邊環(huán)在加工時的膨脹。邊環(huán)沿軸向和徑向延伸的部分60、62被一過渡部64連接起來，其形狀允許晶片66搭置在邊環(huán)58的內(nèi)表面上。與其他實(shí)施例相同，在邊環(huán)58的下側(cè)供有熱轉(zhuǎn)移氣體68。在邊環(huán)的軸向延伸部60和基板56內(nèi)的凹槽之間的界面上也可供有熱轉(zhuǎn)移氣體以資進(jìn)一步改善基板和邊環(huán)之間的熱聯(lián)接。
較好地控制邊環(huán)的溫度能造成許多加工上的優(yōu)點(diǎn)。首先，控制邊環(huán)的溫度可減少邊環(huán)熱膨脹的數(shù)量，這樣在邊環(huán)頂面和晶片下側(cè)之間就可采用較小的間隙。例如當(dāng)邊環(huán)只是擱置在其下的聯(lián)接環(huán)或基片支承上時，在晶片背側(cè)和邊環(huán)之間的間隙通常在0.005到0.006英寸的范圍內(nèi)。但對于用靜電夾緊的邊環(huán)，這個間隙可以減小到0.002到0.003英寸。由于邊環(huán)和晶片之間間隙的減小，晶片夾盤邊緣對等離子的侵蝕可以得到較大程度的保護(hù)。另外，在等離子加工時產(chǎn)生的微粒積聚在夾盤邊緣上的趨勢亦可減少，而微粒的積聚能阻止晶片與晶片夾盤均勻地接觸，會造成夾緊能力的減弱。由于邊環(huán)材料與等離子內(nèi)離子的化學(xué)反應(yīng)速率會隨著溫度的下降而降低，因此降低邊環(huán)的溫度還能提高邊環(huán)的壽命。
使用靜電夾盤來夾緊邊環(huán)還能導(dǎo)致晶片蝕刻特性的改進(jìn)。蝕刻均勻性的改進(jìn)既可來自晶片和邊環(huán)溫度的匹配，還可來自RF阻抗路徑通過晶片和邊環(huán)的匹配。首先，如果晶片和邊環(huán)在加工時溫度近似，在晶片邊緣附近的蝕刻特性就可較為均勻。其次，由于使用的邊環(huán)夾盤是用與晶片夾盤相同的材料制成，因此從RF供能的基板通過熱邊環(huán)的阻抗路徑可被制造得與從RF供能的基板通過晶片的阻抗路徑較為近似，特別是當(dāng)晶片和邊環(huán)用同一材料(如硅)制成時尤其是這樣。在晶片和邊環(huán)表面鄰近的等離子區(qū)內(nèi)的電流密度受這兩表面對RF阻抗的影響。由于使邊環(huán)和晶片對RF阻抗的匹配，可使從等離子區(qū)流到晶片表面的電流在晶片邊緣附近較為均勻，這樣就可提高反應(yīng)器的等離子均勻性和蝕刻功效。
當(dāng)與固定邊環(huán)的其他方法如膠粘劑粘結(jié)或機(jī)械固緊比較時可以看到用靜電夾緊邊環(huán)還能降低操作等離子加工設(shè)備的費(fèi)用。例如，由于不需要將邊環(huán)粘結(jié)到另一個零件上，能消耗的邊環(huán)的費(fèi)用可被降低。而且，采用靜電夾緊，邊環(huán)就沒有外露的螺釘頭需要在設(shè)備操作之前的另一個分開的工步中加以覆蓋。
邊環(huán)可由任何一種導(dǎo)電的材料制成，包括但并不限于硅、氮化硅、碳化硅和氮化鋁。邊環(huán)材料最好與晶片材料相同為的是提高RF聯(lián)接的均勻性。
邊環(huán)夾盤可由任何一種合適的材料制成，如同那些在傳統(tǒng)的靜電晶片夾盤中使用的材料，包括陽極化的鋁、聚酰亞胺和陶瓷材料。邊環(huán)夾盤最好由陶瓷材料如氧化鋁或氮化鋁制成。邊環(huán)夾盤的電極可由任何一種合適的導(dǎo)電材料制成。采用燒結(jié)的陶瓷夾盤時，電極最好由能夠承受在燒結(jié)時遇到的高溫的耐熱金屬如鎢或鉬制成。邊環(huán)夾盤可用燒結(jié)法制成，該法系將耐熱金屬電極(鎢墨)嵌夾在兩個陶瓷生片之間然后加熱形成燒結(jié)結(jié)構(gòu)。邊環(huán)夾盤可以是coulombic型(完全絕緣)或Johnsen-Rahbeck型(半導(dǎo)電)。
邊環(huán)夾盤可用本行業(yè)已知用來固定晶片夾盤的任何一種方法和材料來固定到聯(lián)接環(huán)或基片支承上。例如邊環(huán)夾盤可用高溫聚合物粘結(jié)劑如聚硅氧粘結(jié)劑固定。
雖然本發(fā)明已結(jié)合實(shí)施例在上面說明，但本行業(yè)的行家當(dāng)會知道，在不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的創(chuàng)意和范圍的條件下是可以不具體說明地對本發(fā)明作出增添、刪除、修改和替代的。
權(quán)利要求
1.一種適宜用來圍繞等離子反應(yīng)室內(nèi)基片支承的聯(lián)接環(huán)組合件，包括一個具有環(huán)形支承表面的零件；和一個在支承表面上的靜電夾盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聯(lián)接環(huán)組合件，其特征在于，靜電夾盤包括一個陶瓷體和一個或多個埋入的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的聯(lián)接環(huán)組合件，其特征在于，靜電夾盤用膠粘劑被粘結(jié)到支承表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的聯(lián)接環(huán)組合件，特征在于，還包括至少一條延伸通過零件和靜電夾盤的氣體通道，該通道適宜用來將熱轉(zhuǎn)移氣體供應(yīng)到靜電夾盤的外露表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的聯(lián)接環(huán)組合件，其征在于，還包括一個邊環(huán)，該邊環(huán)適宜被靜電夾盤夾緊到零件上。
6.一種等離子反應(yīng)室，包括一個能裝上要加工晶片的基片支承；和一個在加工時能支承邊環(huán)的靜電邊環(huán)夾盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的等離子室，其特征在于，基片支承包括一個基板，在其上表面上有一靜電晶片夾盤。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的等離子室，其特征在于，邊環(huán)夾盤為聯(lián)接環(huán)組合件的一個部件，該組合件包括一個環(huán)狀基體和一個在其上表面上的靜電邊環(huán)夾盤，并且其中環(huán)狀基體的下表面與基片支承的上表面接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的等離子室，其特征在于，晶片夾盤的上表面高于邊環(huán)夾盤的上表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的等離子室，其特征在于，基板內(nèi)在晶片夾盤和邊環(huán)夾盤之間還包括一個凹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的等離子室，其特征在于，還包括一個支承在邊環(huán)夾盤上的邊環(huán)，邊環(huán)的下表面與邊環(huán)夾盤接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的等離子室，其特征在于，邊環(huán)含有導(dǎo)電材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的等離子室，其特征在于，邊環(huán)含有硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的等離子室，其特征在于，邊環(huán)包括一個在其上表面的內(nèi)側(cè)邊上的凹腔，并且其中該凹腔適宜配合在一裝在晶片夾盤上的晶片之下。
15.根據(jù)權(quán)利要求7的等離子室，其特征在于，基板含有導(dǎo)電材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的等離子室，其特征在于，基板為被RF驅(qū)動的電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求7的等離子室，其特征在于，還包括一個支承在邊環(huán)夾盤上的邊環(huán)，邊環(huán)的下表面與邊環(huán)夾盤接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的等離子室，其特征在于，該室包括一個上電極面向基板的平行板反應(yīng)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子室，其特征在于，還包括一個裝在晶片夾盤上的晶片，使晶片的外邊伸出邊環(huán)之外，而在晶片的下表面和邊環(huán)的上表面之間具有間隙。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的等離子室，其特征在于，晶片伸出到邊環(huán)內(nèi)邊之外。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的等離子室，其特征在于，間隙的最大間隔約為0.002到0.003英寸。
22.根據(jù)權(quán)利要求8的等離子室，其特征在于，聯(lián)接環(huán)組合件用螺栓或螺釘被固緊到基片支承上。
23.根據(jù)權(quán)利要求6的等離子室，其特征在于，等離子室為一半導(dǎo)體蝕刻設(shè)備。
24.一種在權(quán)利要求7的等離子室內(nèi)處理半導(dǎo)體基片的方法，該方法包括下列步驟用靜電將晶片夾緊在晶片夾盤上；用靜電將邊環(huán)夾緊在邊環(huán)夾盤上；將加工氣體供應(yīng)到等離子室的內(nèi)部；將加工氣體增能到等離子狀態(tài)；和用等離子加工晶片。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于，還包括在邊環(huán)和環(huán)狀基體兩個相對表面之間供應(yīng)熱轉(zhuǎn)移氣體來控制邊環(huán)的溫度。
全文摘要
一種聯(lián)接環(huán)組合件包括被靜電邊環(huán)夾盤支承的邊環(huán)，和一種在等離子加工室內(nèi)改進(jìn)邊環(huán)溫度控制的方法。邊環(huán)可用導(dǎo)電材料如硅和碳化硅制成，而邊環(huán)的溫度控制可將熱轉(zhuǎn)移氣體如氦供應(yīng)到邊環(huán)和邊環(huán)夾盤之間的兩個相對的表面上來增強(qiáng)。
文檔編號H01L21/3065GK1468322SQ01816775
公開日2004年1月14日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月6日
發(fā)明者杰羅姆·S·胡巴塞克, 杰羅姆 S 胡巴塞克 申請人:蘭姆研究公司