專利名稱：可變?nèi)莘e等離子處理室和相關(guān)方法
可變?nèi)莘e等離子處理室和相關(guān)方法
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片("晶片")制造通常包括將晶片暴露于等離子以允許等離子的反應(yīng)性
組分改變晶片的表面，例如，從晶片表面未受保護(hù)的區(qū)域去除或蝕刻材料。由等離子制造工 藝得到的晶片特性取決于工藝條件，包括在整個(gè)晶片表面上的等離子密度分布。另外，因?yàn)?在晶片表面的特定部分與等離子之間的相當(dāng)多反應(yīng)與該晶片表面特定部分上方的等離子 密度成正比，所以等離子密度分布的變化會(huì)產(chǎn)生中心-邊緣晶片一致性問題。這種中心-邊 緣晶片一致性問題會(huì)不利地影響每個(gè)晶片上的模片成品率。 晶片制造中的目的包括優(yōu)化每個(gè)晶片的模片成品率和以盡可能完全相同的方式 制造每一個(gè)相同類型的晶片。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要控制跨越晶片的等離子密度分布并 由此控制跨越晶片的蝕刻一致性。先前的等離子處理技術(shù)試圖為特定的等離子室構(gòu)造建立 工藝窗口，其能夠在整個(gè)晶片上產(chǎn)生可以接受的蝕刻一致性。這種工藝窗口傳統(tǒng)上通過參 數(shù)如壓力范圍、氣體流量范圍、晶片溫度范圍以及功率等級(jí)范圍等確定。經(jīng)驗(yàn)表明給定的工 藝窗口受到等離子室的實(shí)體硬件構(gòu)造的限制。因而，落在利用給定的等離子室能夠得到的 工藝窗口之外的等離子蝕刻操作就要求使用另外一種具有不同實(shí)體硬件構(gòu)造和相應(yīng)不同 工藝窗口的等離子室。 取得和維護(hù)具有不同實(shí)體硬件構(gòu)造而努力想增加總的等離子工藝窗口容量的多 ，離子室將會(huì)昂貴到望而生畏。因而，尋求一種解決方案以擴(kuò)展給定等離子室的工藝窗口

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，公開一種等離子處理室。該室包括基片支撐件，其具有限定為在 該室內(nèi)在基本上水平的方位支撐基片的頂部表面。該室還包括許多設(shè)在該室內(nèi)、該基片支 撐件邊緣之外的伸縮構(gòu)件。該伸縮構(gòu)件還設(shè)置為與該基片支撐件的頂部表面的中心同心。 該伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為在基本上垂直的方向獨(dú)立移動(dòng)以便能夠調(diào)節(jié)該基片支撐件的頂部 表面上方的開放容積。 在另一實(shí)施例中，公開一種等離子處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括室，其具有限定為在該室 內(nèi)在基本上水平的方位支撐基片的基片支撐件。該室還包括許多設(shè)在該室內(nèi)、該基片支撐 件邊緣之外的伸縮構(gòu)件。該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為在基本上垂直的方向獨(dú)立移動(dòng)以便能 夠改變?cè)摶渭戏降拈_放容積。該系統(tǒng)還包括計(jì)量器，限定為檢測將在該基片支撐 件上方的開放容積內(nèi)生成的等離子的狀態(tài)。該計(jì)量器還限定為生成指示該等離子狀態(tài)的信 號(hào)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，限定為根據(jù)由該計(jì)量器生成的信號(hào)控制該許多伸縮構(gòu)件 的移動(dòng)，以便維持該開放容積內(nèi)的目標(biāo)等離子狀態(tài)。 在另一實(shí)施例中，公開一種用于基片等離子處理的方法。該方法包括將基片設(shè)在 室內(nèi)的基片支撐件上的步驟。該方法還包括定位設(shè)在該室內(nèi)、該基片支撐件邊緣外的許多 伸縮構(gòu)件的步驟，以便在該基片支撐件上方建立指定的開放容積。該方法進(jìn)一步包括將該 基片暴露于該基片支撐件上方的開放容積內(nèi)的等離子。
本發(fā)明的這些和其他特征將在下面結(jié)合附圖、作為本發(fā)明示例說明的具體描述中 變得更加明顯。


圖1A是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，通過等離子處理室中心的縱 向剖視圖的圖解；圖1B-1D是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，伸縮構(gòu)件在圖1A的室中移動(dòng)的 向下順序的圖解；圖1E-1G是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例伸縮構(gòu)件在圖1A的室中移動(dòng)的 向上順序的圖解；圖2是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，徑向厚度變化的伸縮構(gòu)件的圖解；圖 3是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，形狀變化的伸縮構(gòu)件的圖解；圖4A-4B是示出按照本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例，具有與伸縮構(gòu)件形成對(duì)照的可移動(dòng)襯墊的室的圖解，；圖5A是示出按照本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例，包括原位設(shè)在該室內(nèi)該基片支撐件的頂部表面下方的伸縮構(gòu)件的室的圖解; 圖5B-5D是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，伸縮構(gòu)件在圖5A的室中移動(dòng)的向上順序的圖解; 圖5E-5G是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，伸縮構(gòu)件在圖5A的室中移動(dòng)的向下順序的圖解，; 圖6是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等離子處理系統(tǒng)的圖解，其限定為根據(jù)等離子狀態(tài)以 動(dòng)態(tài)方式控制該伸縮構(gòu)件在該室的位置；以及圖7示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，基片等離 子處理方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。然而，對(duì)于本領(lǐng) 域技術(shù)人員，顯然，本發(fā)明可不利用這些具體細(xì)節(jié)的一些或者全部而實(shí)施。在有的情況下， 公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。 圖1A是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，通過等離子處理室100(下文中稱為"室")中 心的縱向剖視圖的圖解。應(yīng)當(dāng)理解該室100限定為大體上徑向?qū)ΨQ。該室100由圍壁101 形成，其包括側(cè)壁、頂壁和底壁。等離子源103以流動(dòng)方式連接到該室100頂部中的開口。 該等離子源103還流動(dòng)方式連接到工藝氣體源，如箭頭113所示。該等離子源103用來將 該工藝氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)物質(zhì)，轉(zhuǎn)而將該物質(zhì)施加到該室100以便在該室100內(nèi)建立等離子 107。該室進(jìn)一步限定為以流動(dòng)方式連接到真空源，如箭頭115所示，以能夠從該室100排 除該工藝氣體。在大多數(shù)情況下，該等離子源103產(chǎn)生用來蝕刻基片lll(例如，半導(dǎo)體晶 片)的等離子117的大部分化學(xué)物質(zhì)。 該室100還包括具有波狀外形的內(nèi)表面的頂部襯墊105，該內(nèi)表面限定為優(yōu)化從 該等離子源103進(jìn)入該室100的等離子107流。并且，在一個(gè)實(shí)施例中，該頂部襯墊105是 限定為被加熱。應(yīng)當(dāng)理解如圖1A所示的頂部襯墊105的形狀作為示例提供。在別的實(shí)施 例中，該頂部襯墊105實(shí)際上可呈現(xiàn)任何為了促進(jìn)該室100內(nèi)等離子工藝所需的形狀。
該室100進(jìn)一步包括基片支撐件109，其具有頂部表面，限定為在該室100內(nèi)在基 本上水平的方位支撐該基片111。該基片支撐件109限定為在該室100中靜止。在一個(gè)實(shí) 施例中，該基片支撐件109限定為集成機(jī)械基片卡緊機(jī)構(gòu)的支座。在另一實(shí)施例中，該基片 支撐件109限定為靜電卡盤(ESC)，其集成靜電基片卡緊機(jī)構(gòu)。 另外，在一個(gè)實(shí)施例中，該基片支撐件109限定為射頻(RF)通電的電極。該RF通 電的基片支撐件109生成偏置電壓，以向該等離子107內(nèi)的帶電組分提供指向，從而將該帶 電組分向下吸引到該基片支撐件109。由該RF通電的基片支撐件109生成的偏壓對(duì)某些等 離子工藝有益，如該基片111的離子輔助各向異性蝕刻。在一個(gè)實(shí)施例中，該RF通電的基 片支撐件109生成該等離子107內(nèi)大多數(shù)帶電物質(zhì)，而該等離子內(nèi)別的反應(yīng)性物質(zhì)例如，自
5由基，主要由該等離子源103生成。另外，利用該RF通電的基片支撐件109，該等離子107電容耦合于該基片支撐件109，因此使得該RF通電的基片支撐件109能夠在該基片111水平上生成額外的等離子107。 此外，在一個(gè)實(shí)施例中，該基片支撐件109可以是溫度可控的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該基片支撐件109的溫度可以控制為將該基片111上的溫度保持在從大約_150°〇至大約IO(TC范圍的指定溫度。 該室100進(jìn)一步包括許多伸縮構(gòu)件2a、2b、2c。該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c設(shè)在該室100內(nèi)、基片支撐件109邊緣外。更具體地，最里面的那個(gè)伸縮構(gòu)件2c設(shè)為在該基片支撐件109邊緣外徑向位置外接該基片支撐件109。并且，最外面的伸縮構(gòu)件2a設(shè)為鄰近該室100的側(cè)壁。此外，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c在該室100內(nèi)設(shè)為與該基片支撐件109的頂部表面的中心同心。盡管圖1A中描述的示范性實(shí)施例示出三個(gè)伸縮構(gòu)件2a、2b、2c，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到別的實(shí)施例實(shí)際上可以采用任何數(shù)量的伸縮構(gòu)件。 在一個(gè)實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c限定為同心圓柱體。然而，應(yīng)當(dāng)理解該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可限定為別的幾何形狀，只要該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c相對(duì)該基片支撐件109的頂部表面的中心同心設(shè)置并且設(shè)在該基片支撐件109的邊緣外。 該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)限定為在基本上垂直的方向獨(dú)立移動(dòng)，以能夠調(diào)節(jié)該室100內(nèi)該基片支撐件109的頂部表面上方的開放容積。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，調(diào)節(jié)該基片支撐件109的頂部表面上放的開放容積對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)可在該室100內(nèi)獲得的用于該等離子107的容積。另外的，根據(jù)該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的導(dǎo)電性和連接性，它們?cè)谠撌?00內(nèi)的垂直位置會(huì)影響可以得到的用于從該基片支撐件109發(fā)出的RF功率的RF返回路徑。
如下面進(jìn)一步描述的，由該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c垂直調(diào)節(jié)引起的該室實(shí)體構(gòu)造的機(jī)械調(diào)節(jié)影響跨越該基片111分布的等離子107。因而，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的垂直位置可用來調(diào)節(jié)跨越該基片111的等離子107 —致性，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)跨越該基片111的蝕刻一致性。并且，因?yàn)樵撋炜s構(gòu)件2a、2b、2c的垂直位置可在等離子工藝之前或期間調(diào)節(jié)，所以可相應(yīng)地在等離子工藝之前或期間調(diào)節(jié)跨越該基片111的等離子107 —致性。
在圖1A的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的原位限定在該室100的上部區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的每個(gè)應(yīng)當(dāng)在該原位以能夠?qū)⒃摶琹ll輸入和輸出該室100。該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)限定為從該原位向下獨(dú)立移動(dòng)以便調(diào)節(jié)該基片支撐件109的頂部表面上方的開放容積，該容積可被該等離子107占據(jù)。 該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c限定為以連續(xù)伸縮的方式移動(dòng)以便避免在該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c任一個(gè)之外形成等離子腔(pocket)。為了確保避免這種等離子腔，除了最外面的伸縮構(gòu)件2a之外的該伸縮構(gòu)件2b、2c每個(gè)都限定為將其從原位的移動(dòng)限制為其直接圍繞的伸縮構(gòu)件的位置。例如，伸縮構(gòu)件2b將其離開原位的垂直移動(dòng)限制為伸縮構(gòu)件2a從原位移動(dòng)的距離。類似地，伸縮構(gòu)件2c將其離開原位的垂直移動(dòng)限制為伸縮構(gòu)件2b從原位移動(dòng)的距離。伸縮構(gòu)件2a、2b、2c移動(dòng)的向下順序是從外側(cè)到內(nèi)側(cè)。伸縮構(gòu)件移動(dòng)2a、2b、2c的這個(gè)向下順序在圖1B至1D中描述。伸縮構(gòu)件2a、2b、2c移動(dòng)的向上順序從內(nèi)側(cè)到外側(cè)。伸縮構(gòu)件2a、2b、2c移動(dòng)的這個(gè)向上順序在圖1E至1G中描述。 圖1B示出該室100中伸縮構(gòu)件2a從原位向下移動(dòng)，如箭頭121所示。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到盡管該伸縮構(gòu)件2a示為移動(dòng)到其完全向下的程度(full downward extent)，但是該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)的移動(dòng)距離小于其完全向下的程度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，步進(jìn)電機(jī)用來移動(dòng)該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的每個(gè)。該步進(jìn)電機(jī)可控制為使得每個(gè)伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可處于其原位和其完全向下的程度之間的任何垂直位置，只要在這些伸縮構(gòu)件2a、2b、2c任一個(gè)外側(cè)避免出現(xiàn)等離子腔。由該步進(jìn)電機(jī)提供的劃距表示一個(gè)確定能夠?qū)⒃摶渭?09的頂部表面上方的開放容積控制到多大精度的變量。并且，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的垂直位置調(diào)節(jié)的量和速率表示依賴于工藝的參數(shù)。 圖1C示出該室100中伸縮構(gòu)件2b從原位向下移動(dòng)，如箭頭123所示。圖1D示出該室100中伸縮構(gòu)件2c從原位向下移動(dòng)，如箭頭125所示。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到伸縮構(gòu)件2a、2b、2c以從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的順序向下移動(dòng)。 圖1E示出該室100中伸縮構(gòu)件2c向上移動(dòng)回到原位，如箭頭127所示。圖1F示出該室100中伸縮構(gòu)件2b向上移動(dòng)回到原位，如箭頭129所示。圖1G示出該室100中伸縮構(gòu)件2a向上移動(dòng)回到原位，如箭頭131所示。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到伸縮構(gòu)件2a、2b、2c以從內(nèi)側(cè)到外側(cè)的順序向上移動(dòng)。 盡管在圖1A至1G中伸縮構(gòu)件2a、2b、2c描述為具有大體上類似的徑向厚度，但是在別的實(shí)施例中，伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)的徑向厚度可以變化。圖2示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，該室100集成徑向厚度變化的伸縮構(gòu)件2a、2b、2c。在圖2的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)限定為具有不同的徑向厚度，即該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的徑向厚度隨著相對(duì)該基片支撐件109的徑向位置增加而增加。在另一實(shí)施例中，該多個(gè)不同伸縮構(gòu)件限定為具有實(shí)質(zhì)上相同的體積，因此需要它們的徑向厚度變化。并且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到不同的伸縮構(gòu)件厚度提供對(duì)該基片支撐件109的頂部表面上方開放容積更精細(xì)的控制。例如，提供更里面的伸縮構(gòu)件具有更薄的徑向厚度可以更精細(xì)的控制對(duì)可用于該等離子107的開放容積的調(diào)節(jié)。 在一個(gè)實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)由導(dǎo)電材料形成并且與接地電勢(shì)電氣連接。例如，在各種不同實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可由金屬形成，尤其是，如鋁、陽極氧化鋁、鍍鋁。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在別的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、 2b、 2c可由實(shí)質(zhì)上任何與該室100內(nèi)存在的等離子處理環(huán)境相容的金屬形成。 該導(dǎo)電伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可為從該基片支撐件109發(fā)出的RF功率提供RF返回路徑。因而，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的垂直位置，即，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c與該基片支撐件109的臨近程度將影響從該RF通電的基片支撐件109發(fā)出經(jīng)過該室100的RF功率的指向。
當(dāng)所有伸縮構(gòu)件2a、2b、2c在原位時(shí)，在該基片111水平的等離子107的容積最大，以及該基片支撐件109和該室100的接地側(cè)壁之間的距離最大。因而，當(dāng)該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c在原位時(shí)，到該室100的接地側(cè)壁的RF返回路徑最長。所以，該基片支撐件109和該室100的側(cè)壁之間的RF耦合最低。 當(dāng)外面的伸縮構(gòu)件2a降低，該基片支撐件109和該接地電勢(shì)之間的距離有效降低，由此增加在該基片支撐件109邊緣的RF耦合，其相應(yīng)地增加在該基片支撐件109邊緣的等離子107密度。當(dāng)中間和里面的伸縮構(gòu)件2b和2c分別下降時(shí)，在該基片支撐件109邊緣的RF耦合變得越來越強(qiáng)。因而，跨越該基片支撐件109(和基片111)的等離子107—致性隨著該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c垂直位置的調(diào)節(jié)而改變，即，隨著每個(gè)接地伸縮構(gòu)件2a、2b、2c與該基片支撐件109的臨近度的調(diào)節(jié)而改變。由于更高的等離子密度通常對(duì)應(yīng)該基片111
7上更高的蝕刻速率，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c提供有效的方式來調(diào)諧跨越該基片111的蝕刻一致性。換句話說，接地伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可用來修正在某些等離子蝕刻應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的"邊緣緩慢"問題。 在另一實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)由介電材料形成，即電絕緣材料。例如，在各種不同實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可由如，尤其是，氧化鋁、氮化鋁或硅氧化物(石英)的介電材料形成。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在別的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可由實(shí)質(zhì)上任何與該室110中存在的等離子工藝環(huán)境相容的介電材料形成。
與之前討論的導(dǎo)電伸縮構(gòu)件2a、2b、2c不同，該介電伸縮構(gòu)件2a、2b、2c阻止該基片支撐件109和該室100的接地側(cè)壁之間的RF耦合。當(dāng)阻止或降低該基片支撐件109和該室100的接地側(cè)壁之間的RF耦合時(shí)，在該基片支撐件109邊緣的等離子密度增加。因而，隨著該介電伸縮構(gòu)件2a、2b、2c降低，該基片支撐件109和該室100的側(cè)壁之間的介電材料厚度增加，該基片支撐件109和該室100的側(cè)壁之間的RF耦合強(qiáng)度降低，以及該基片支撐件109邊緣處的等離子密度降低。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到因?yàn)樵摻殡娚炜s構(gòu)件2a、2b、2c可用來降低在該基片支撐件109邊緣處的等離子密度，所以該介電伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可用來修正在某些等離子蝕刻應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的"邊緣快速"問題。 在另一實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c每個(gè)可由導(dǎo)電材料或介電材料兩者之一形成，從而該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c共同表示導(dǎo)電和介電伸縮構(gòu)件的組合。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該里面的伸縮構(gòu)件2c可由介電材料形成，而另外的外面的伸縮構(gòu)件2a和2b由導(dǎo)電材料形成。在這個(gè)實(shí)施例中，該導(dǎo)電(并接地)的外面的伸縮構(gòu)件2a和2b可從它們的原位移動(dòng)到接近該基片支撐件109邊緣的位置。并且，在這個(gè)實(shí)施例中，里面的介電伸縮構(gòu)件2c可移動(dòng)從其原位到其完全展開位置的距離的一部分。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，該外面的導(dǎo)電伸縮構(gòu)件2a和2b移動(dòng)以增加該基片支撐件109邊緣處的RF耦合，而里面的介電構(gòu)件2c移動(dòng)有限的距離以影響基片支撐件109上方可用于等離子的容積，而不會(huì)阻止該基片支撐件109邊緣處的RF耦合。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，上面描述的實(shí)施例是作為示例提供的。在別的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可限定為介電和導(dǎo)電材料不同的組合，并且可以許多方式設(shè)定，以便對(duì)于給定的工藝化學(xué)制劑和制法對(duì)該等離子容積和RF耦合產(chǎn)生特定的影響。
表面重組使得該等離子107內(nèi)的離子化氣體分子和基團(tuán)在該室100內(nèi)每個(gè)表面被中和，而不管該表面處的材料是導(dǎo)電或是介電。因而，表面重組使得該等離子107在該室內(nèi)每個(gè)表面處被熄滅。所以，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c相對(duì)該基片支撐件109的移動(dòng)影響基片111水平的等離子107 —致性。然而，表面重組被認(rèn)為是對(duì)等離子107密度的第二階效應(yīng)，而該RF耦合代表第一階效應(yīng)。因而，對(duì)于該導(dǎo)電和接地伸縮構(gòu)件2a、2b、2c，與該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c關(guān)聯(lián)的表面復(fù)合效應(yīng)用來緩和由該基片支撐件109和該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c之間RF耦合增加導(dǎo)致的在該基片支撐件109邊緣處等離子107密度的增加。相反地，對(duì)于該介電伸縮構(gòu)件2a、2b、2c，與該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c相關(guān)聯(lián)的表面復(fù)合效應(yīng)用來強(qiáng)化由該基片支撐件109和該室100的側(cè)壁之間RF耦合降低導(dǎo)致的在該基片支撐件109邊緣處等離子107密度的降低。 如上面所討論的，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的設(shè)置使得能夠調(diào)節(jié)該基片支撐件109和支撐在其上的基片111上方的開放容積。并且，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的設(shè)置使得能夠調(diào)節(jié)該基片支撐件109邊緣處的RF耦合，由此能夠調(diào)節(jié)在該基片支撐件109和支撐在其上的基
8片lll兩者邊緣處的等離子密度。所以，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的設(shè)置可用來調(diào)諧跨越該基片111的蝕刻一致性。通過上、下移動(dòng)該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c，可以確定該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的位置，其為工藝化學(xué)制劑和制法提供最佳的跨越該基片111的蝕刻一致性。實(shí)質(zhì)上，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c應(yīng)當(dāng)設(shè)定為找到該基片支撐件109上方的開放容積和該RF通電的基片支撐件109與接地電勢(shì)臨近度之間的最佳平衡點(diǎn)。 應(yīng)當(dāng)理解，盡管在圖1A-1G和2中描述的示范性伸縮構(gòu)件2a、2b、2c示為一系列同心的中空直圓柱體，但是在別的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c可限定為具有不同的形狀。圖3示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，該室100結(jié)合變化形狀的伸縮構(gòu)件2a、2b、2c。在圖3的實(shí)施例中，徑向位置最接近該基片支撐件的伸縮構(gòu)件2c限定為具有波狀外形的內(nèi)表面輪廓。伸縮構(gòu)件2c的該波狀外形的內(nèi)表面輪廓可限定為優(yōu)化與該基片支撐件109耦合的RF功率的一致性和/或優(yōu)化該室內(nèi)的氣流動(dòng)態(tài)。在別的實(shí)施例中，每個(gè)伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的形狀可單獨(dú)限定以優(yōu)化該等離子工藝。例如，每個(gè)伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的形狀可限定為使通過該室100的氣流為流線型和/或優(yōu)化該等離子107內(nèi)離子和基團(tuán)的一致性。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到每個(gè)伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的形狀可以實(shí)質(zhì)上任何能夠滿足工藝要求的方式限定。
在圖1A-1G、2和3的實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的原位限定在襯墊105內(nèi)。圖4A-4B示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，該室100具有與伸縮構(gòu)件對(duì)著的可移動(dòng)襯墊401。該可移動(dòng)襯墊401限定為起到類似該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c的作用，如先前關(guān)于圖1A_1G、2和3所描述的。圖4A中，該可移動(dòng)襯墊401示為處于該室100頂部的原位中。圖4B中，該可移動(dòng)襯墊401示為向下移向該基片支撐件109，如箭頭403所示。 如果該可移動(dòng)襯墊401由導(dǎo)電材料形成并電氣連接到接地電勢(shì)，那么該襯墊401朝向該RF通電的基片支撐件109的移動(dòng)將用來增加該基片支撐件109邊緣處的RF耦合，由此增加該基片支撐件109邊緣處的等離子密度。然而，如果該可移動(dòng)襯墊401由介電材料形成，襯墊401朝向該RF通電的基片支撐件109的移動(dòng)將用來降低該基片支撐件109邊緣處的RF耦合，由此降低該基片支撐件109邊緣處的等離子密度。 圖5A示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，包括伸縮構(gòu)件5a、5b、5c的室IOO，它們的原位設(shè)在該室100內(nèi)該基片支撐件109的頂部表面下方的區(qū)域內(nèi)。在圖5A所示的實(shí)施例中，每個(gè)伸縮構(gòu)件5a、5b、5c限定為從原位獨(dú)立向上移動(dòng)，以便能調(diào)節(jié)該基片支撐件109的頂部表面上方的開放容積。應(yīng)當(dāng)理解該伸縮構(gòu)件5a、5b、5c具有與之前關(guān)于圖1A-1G、2和3所討論的該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c相同的特征和功能。 該伸縮構(gòu)件5a、5b、5c限定為以順次伸縮的方式移動(dòng)以避免在該伸縮構(gòu)件5a、5b、5c任一個(gè)之外形成等離子腔。為了確保避免這種等離子腔，除最外面的伸縮構(gòu)件5a之外的該伸縮構(gòu)件5b、5c的每個(gè)限定為使其從原位的移動(dòng)限制為到直接圍繞伸縮構(gòu)件的位置。例如，將伸縮構(gòu)件5b從原位的垂直移動(dòng)限制為該伸縮構(gòu)件5a從原位移動(dòng)的距離。類似地，將伸縮構(gòu)件5c從原位的垂直移動(dòng)限制為伸縮構(gòu)件5b從原位移動(dòng)的距離。伸縮構(gòu)件5a、5b、5c移動(dòng)的向上順序是從外側(cè)到內(nèi)側(cè)。伸縮構(gòu)件5a、5b、5c移動(dòng)的這個(gè)向上順序在圖5B至5D中描述。伸縮構(gòu)件5a、5b、5c移動(dòng)的向下順序是從內(nèi)側(cè)到外側(cè)。伸縮構(gòu)件5a、5b、5c移動(dòng)的這個(gè)向下順序在圖5E至5G中描述。 圖5B示出該室100中伸縮構(gòu)件5a從原位向上移動(dòng)，如箭頭501所示。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，盡管該伸縮構(gòu)件5a示為移動(dòng)到其完全上升的程度，但是各該伸縮構(gòu)件5a、5b、5c可移動(dòng)
9至小于其完全上升的程度的距離。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，步進(jìn)電機(jī)用來移動(dòng)每個(gè)伸縮構(gòu)件 5a、5b、5c。該步進(jìn)電機(jī)可控制為使得每個(gè)伸縮構(gòu)件5a、5b、5c可處于其原位和完全上升的 程度之間的任何垂直位置，只要避免在該伸縮構(gòu)件5a、5b、5c任一個(gè)之外形成等離子腔。該 步進(jìn)電機(jī)所提供的劃距表示一個(gè)確定能夠?qū)⒃摶渭?09的頂部表面上方的開放容 積控制到多大精度的變量。并且，該伸縮構(gòu)件5a、5b、5c的垂直位置調(diào)節(jié)的量和速率表示依 賴于工藝的參數(shù)。 圖5C示出該室100中伸縮構(gòu)件5b從原位向上移動(dòng)，如箭頭503所示。圖5D示出 該室100中伸縮構(gòu)件5c從原位向上移動(dòng)，如箭頭505所示。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到伸縮構(gòu)件5a、 5b 、 5c以從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的順序向上移動(dòng)。 圖5E示出該室100中伸縮構(gòu)件5c向下移動(dòng)回原位，如箭頭507所示。圖5F示出 該室100中伸縮構(gòu)件5b向下移動(dòng)回原位，如箭頭509所示。圖5G示出該室100中伸縮構(gòu) 件5a向下移動(dòng)回原位，如箭頭511所示。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到伸縮構(gòu)件5a、5b、5c以從內(nèi)側(cè)到 外側(cè)的順序向下移動(dòng)。 在一個(gè)實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c、5a、5b、5c限定為可溫控。加熱該伸縮構(gòu) 件2a、2b、2c、5a、5b、5c用來減少沉積在其上的材料并還可用來排斥該等離子107內(nèi)的中 性物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c、5a、5b、5c限定為使它們的溫度控制在大 約-4(TC至大約30(TC的范圍。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，將該伸縮構(gòu)件2a、2b、2c、5a、5b、5c所保持的具 體溫度建立在工藝要求的基礎(chǔ)上。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)該伸縮構(gòu)件2a、2b、 2c、5a、5b、5c可限定為包括嵌入的磁體以增強(qiáng)等離子107形成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該 伸縮構(gòu)件可限定為永磁體，裝入與該等離子工藝環(huán)境相容的材料中，如碳化硅、鋁或鍍鋁。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到該伸縮構(gòu)件，如這里所述，提供關(guān)于跨越該基片的蝕刻一致性的額外 的控制能力。通過改變?cè)撋炜s構(gòu)件相對(duì)該基片支撐件的位置，可以可控的方式操縱該等離 子可得到的在該室占據(jù)的開放容積以及通過該室的RF返回路徑，并對(duì)該跨越基片的等離 子一致性具有對(duì)應(yīng)的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件可在執(zhí)行等離子工藝之前設(shè)在所 需要的位置，并且可在多個(gè)等離子工藝之間調(diào)節(jié)。在另一實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件的位置可在 等離子工藝期間調(diào)節(jié)。 圖6示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等離子處理系統(tǒng)600，限定為根據(jù)等離子狀態(tài) 以動(dòng)態(tài)方式控制該伸縮構(gòu)件在該室內(nèi)的位置。該系統(tǒng)600包括該室100，其具有限定為該室 100內(nèi)在基本上水平的方位支撐該基片111的基片支撐件109。該室IOO還包括許多伸縮 構(gòu)件，設(shè)在該室100內(nèi)該基片支撐件109邊緣之外。在各種不同實(shí)施例中，該伸縮構(gòu)件可對(duì) 應(yīng)具有上部原位的伸縮構(gòu)件2a、2b、2c，具有下部原位的伸縮構(gòu)件5a、5b、5c，或可移動(dòng)襯墊 401。不管具體的實(shí)施例怎樣，各該伸縮構(gòu)件限定為在大體上豎直方向獨(dú)立移動(dòng)以便能夠改 變?cè)摶渭戏降拈_放容積109。 該系統(tǒng)600還包括計(jì)量器601，限定為監(jiān)測該基片支撐件109上方的開放容積內(nèi)等 離子107的狀態(tài)并產(chǎn)生指示該等離子狀態(tài)的信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該計(jì)量器601限定為 檢測該基片lll表面上的特定響應(yīng)。該特定基片表面響應(yīng)可通過該等離子的光發(fā)射光譜的 變化、該基片處偏壓的變化、整個(gè)RF回路阻抗的變化或?qū)嶋H上任何指示特定基片表面響應(yīng) 的信號(hào)來標(biāo)示。 該系統(tǒng)600進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)603，限定為按照由該計(jì)量器601生成的信號(hào)指引該伸縮構(gòu)件的移動(dòng)，以便保持該基片支撐件109上方的開放容積內(nèi)的等離子狀態(tài)。因此，該控制系統(tǒng)603限定為基于由該計(jì)量器601所監(jiān)測的等離子實(shí)時(shí)狀態(tài)而以動(dòng)態(tài)方式指引該室內(nèi)該伸縮構(gòu)件的移動(dòng)。 圖7示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，一種用于基片等離子處理的方法的流程圖。該方法包括步驟701，其中將基片設(shè)在室內(nèi)的基片支撐件上。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，圖7的方法是用這里描述的室100進(jìn)行。步驟703中，定位設(shè)在該室內(nèi)該基片支撐件邊緣之外的許多伸縮構(gòu)件以便建立指定的基片支撐件上方的開放容積。該方法進(jìn)一步包括步驟705，用于將該基片暴露于該基片支撐件上方的開放容積內(nèi)的等離子。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行步驟707以監(jiān)測該室內(nèi)的等離子狀態(tài)。然后進(jìn)行步驟709以響應(yīng)所監(jiān)測到的等離子狀態(tài)來控制該室內(nèi)該伸縮構(gòu)件的移動(dòng)，以便保持目標(biāo)等離子狀態(tài)。在步驟709，順次移動(dòng)該伸縮構(gòu)件以避免在該伸縮構(gòu)件任一個(gè)之外形成等離子腔。 應(yīng)當(dāng)理解盡管本發(fā)明通過關(guān)于等離子蝕刻應(yīng)用的示例描述，但是本發(fā)明不限于用
于等離子蝕刻應(yīng)用。本發(fā)明可用于實(shí)際上任何類型的等離子應(yīng)用。例如，本發(fā)明可用于，尤
其是，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)應(yīng)用或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)應(yīng)用。另
外，在非等離子應(yīng)用中，如化學(xué)氣相沉積(CVD)，正處理的基片上方的開放容積的動(dòng)態(tài)變化
可影響工藝參數(shù)，其轉(zhuǎn)而使得該基片水平的工藝一致性在改變。因而，還可在非等離子應(yīng)用
和相關(guān)裝置中有用地實(shí)現(xiàn)由這里公開的伸縮構(gòu)件所提供的容積可變能力。 盡管本發(fā)明參照多個(gè)實(shí)施方式描述，但是可以理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀之
前的說明書以及研究了附圖之后將會(huì)實(shí)現(xiàn)各種改變、增加、置換及其等同方式。所以，其意
圖是下面所附的權(quán)利要求解釋為包括所有這樣的落入本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的改變、增加、
置換和等同物。
權(quán)利要求
一種等離子處理室，包括基片支撐件，具有限定為在該室內(nèi)在基本上水平的方位支撐基片的頂部表面；和許多伸縮構(gòu)件，設(shè)在該室內(nèi)、該基片支撐件邊緣之外并與該基片支撐件的頂部表面的中心同心，該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為在基本上垂直的方向獨(dú)立移動(dòng)以便能夠調(diào)節(jié)該基片支撐件的頂部表面上方的開放容積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件限定為同心圓柱體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件是三個(gè)伸縮構(gòu)件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為具有不同的 徑向厚度從而該許多伸縮構(gòu)件的徑向厚度隨著相對(duì)該基片支撐件徑向位置的增加而增加。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中徑向位置最靠近該基片支撐件的伸縮構(gòu) 件包括內(nèi)表面輪廓，其限定為優(yōu)化該室內(nèi)的射頻功率耦合一致性和氣流動(dòng)態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)由導(dǎo)電材料形成并 電氣連接到接地電勢(shì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)由介電材料形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件的至少一個(gè)由介電材料 形成以及該許多伸縮構(gòu)件的至少一個(gè)由連接到接地電勢(shì)的導(dǎo)電材料形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件的原位限定在該室的上 部區(qū)域內(nèi)，該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為從原位獨(dú)立向下移動(dòng)，以能夠調(diào)節(jié)該該基片支撐件 的頂部表面上方的開放容積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件中除了最外面的伸縮 構(gòu)件之外的每個(gè)被限定使其從原位的移動(dòng)限制為到其直接圍繞伸縮構(gòu)件的位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該許多伸縮構(gòu)件的原位限定在該基片 支撐件的頂部表面下方的室區(qū)域內(nèi)，該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為從原位獨(dú)立向上移動(dòng)，以 便能調(diào)節(jié)該該基片支撐件的頂部表面上方的開放容積。
12. —種等離子處理系統(tǒng)，包括 室，限定為包括，基片支撐件，限定為在該室內(nèi)在基本上水平的方位支撐基片，許多伸縮構(gòu)件，其設(shè)在該室內(nèi)、該基片支撐件邊緣之外，該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)限定為在 基本上垂直的方向獨(dú)立移動(dòng)以便能夠改變?cè)摶渭戏降拈_放容積；計(jì)量器，限定為檢測將在該開放容積內(nèi)生成的等離子的狀態(tài)并產(chǎn)生顯示系統(tǒng)狀態(tài)的信 號(hào)；和控制系統(tǒng)，限定為根據(jù)由該計(jì)量器生成的信號(hào)指引該許多伸縮構(gòu)件的移動(dòng)，以便維持 該開放容積內(nèi)的目標(biāo)等離子狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子處理系統(tǒng)，其中該許多伸縮構(gòu)件限定為同心圓柱體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子處理系統(tǒng)，其中該基片支撐件限定為射頻通電電極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子處理系統(tǒng)，其中該許多伸縮構(gòu)件每個(gè)由金屬形成并 電氣連接到接地電勢(shì)，從而該許多伸縮構(gòu)件相對(duì)該基片支撐件的移動(dòng)影響射頻功率回路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子處理系統(tǒng)，其中該許多伸縮構(gòu)件限定為順次移動(dòng)以 避免在該許多伸縮構(gòu)件任一個(gè)之外形成等離子腔。
17. —種用于基片等離子處理的方法，包括 將基片設(shè)在室內(nèi)的基片支撐件上；定位設(shè)在該室內(nèi)、該基片支撐件邊緣外的許多伸縮構(gòu)件的步驟，以便在該基片支撐件 上方建立指定的開放容積；禾口將該基片暴露于該基片支撐件上方的開放容積內(nèi)的等離子。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于基片等離子處理的方法，進(jìn)一步包括 將該許多伸縮構(gòu)件加熱到指定的溫度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于基片等離子處理的方法，進(jìn)一步包括 移動(dòng)該許多伸縮構(gòu)件以調(diào)節(jié)該基片支撐件上方的開放容積，由此調(diào)節(jié)跨越該基片的等離子一致性。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于基片等離子處理的方法，進(jìn)一步包括 監(jiān)測等離子的狀態(tài)；禾口響應(yīng)該監(jiān)測控制該許多伸縮構(gòu)件的移動(dòng)以保持目標(biāo)等離子狀態(tài)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于基片等離子處理的方法，其中該許多伸縮構(gòu)件順次移 動(dòng)以避免在該許多伸縮構(gòu)件任一個(gè)之外形成等離子腔。
全文摘要
一種等離子處理室，包括基片支撐件，其具有在該室內(nèi)在基本上水平的方位支撐基片的頂部表面。該等離子處理室還包括許多伸縮構(gòu)件，設(shè)在該室該基片支撐件邊緣之外。該許多伸縮構(gòu)件還以相對(duì)該基片支撐件的頂部表面的中心同心的方式設(shè)置。該許多伸縮構(gòu)件的每個(gè)限定為在大體上垂直的方向獨(dú)立移動(dòng)，以便能調(diào)節(jié)該基片支撐件的頂部表面上方的開放容積，并由此能調(diào)節(jié)該基片支撐件的頂部表面上方的開放容積內(nèi)的等離子狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101720497SQ200880016132
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者羅伯特·謝彼, 勝炎·艾伯特·王 申請(qǐng)人:朗姆研究公司