CN101553900A - 包括用于减少聚合物沉积的rf吸收材料的等离子体限制环 - Google Patents

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Abstract

设置等离子体限制环，使其适于在该环的等离子体暴露表面上达到足够高的温度以大大地降低在那些表面上的聚合物沉积。该等离子体限制环包括RF损耗材料，有效地增强在该环部分上的加热。低发射率材料可设置在该等离子体限制环组件的一部分上以增强加热效果。

Description

包括用于减少聚合物沉积的RF吸收材料的等离子体限制环
背景技术
等离子体处理室可包括上部电极和下部电极。该上部电极通常面对着适于在等离子体处理期间支撑半导体基片的基片支撑件。在等离子体处理期间，向一个或两个电极提供功率以激活处理气体并且产生等离子体以处理该基片。
可在等离子体处理室中执行等离子体蚀刻以蚀刻作为在半单体基片上的层而提供的选取的材料。选择处理条件，使得等离子体在这些层中蚀刻出需要的特征。
发明内容
用于等离子体处理室的等离子体限制环组件的等离子体限制环的一个实施例包括表面和RF损耗材料。当该等离子体限制环暴露于该等离子体处理室内的等离子体时，该RF损耗材料有效地耦合RF能量使得该表面达到足够高的温度以大大地降低聚合物在该表面上的沉积。
用于等离子体处理室的等离子体限制环组件的一个实施例包括至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环。每个等离子体限制环包括等离子体暴露表面和RF损耗材料。当该等离子体限制环暴露于该等离子体处理室内的等离子体时，该RF损耗材料有效地耦合RF能量使得每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低聚合物在该等离子体暴露表面上的沉积。
用于等离子体处理室的等离子体限制环组件的另一个实施例包括至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环。每个等离子体限制环包括RF损耗材料的等离子体暴露表面。当该等离子体限制环暴露于该等离子体处理室内的等离子体时，该RF损耗材料有效地耦合RF能量使得每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低聚合物在该等离子体暴露表面上的沉积。
用于等离子体处理室的等离子体限制环组件的进一步的实施例包括至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环。各等离子体限制环包括等离子体暴露表面和嵌入的并不暴露于等离子体的RF损耗材料。当该等离子体限制环暴露于该等离子体处理室中的等离子体时，该RF损耗材料有效地耦合RF能量使得每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低聚合物在该等离子体暴露表面上的沉积。
用于等离子体处理室的等离子体限制环组件的另一个实施例包括安装环，该安装环包括适于支撑在外部环上的内部环。该内部环包括等离子体暴露内表面，与该内表面相对的外表面，以及在该外表面上的导电的、低发射率材料涂层。至少两个等离子体限制环适于以堆的形式设置并且悬挂在安装环上。
在等离子体处理室中处理半导体基片的方法的一个实施例包括将处理气体提供至等离子体处理室内，所述等离子体处理室包括至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环，其中各等离子体限制环包括等离子体暴露表面和RF损耗材料；并且由该处理气体产生等离子体并在该等离子体处理室内蚀刻半导体基片。在该蚀刻过程中，该RF损耗材料耦合RF能量使得每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低聚合物在该等离子体暴露表面上的沉积。
附图说明
图1示出了等离子体限制环组件的一个实施例的一部分。
图2是具有两块结构的等离子体限制环的另一实施例的侧视图。
图3A是包括嵌入的RF损耗材料的等离子体限制环的另一实施例的俯视图。
图3B是图3A所示的等离子体限制环沿3B-3B的横截面视图。
图4A示出包括两片安装环的等离子体限制环的另一实施例。
图4B是图4A所示的安装环的外部环的放大的局部视图，支撑元件从该外部环内的凹陷移除。
图4C示出了图4B所示的安装环的外部环，该支撑元件容纳于该外部环内的凹陷内。
图5示出包括该等离子体限制环组件的一个实施例的等离子体处理室。
具体实施方式
平行板等离子体处理室，如电容耦合室，包括上部电极，如喷头(showerhead)电极，和下部电极。该上部电极通常面对着待处理的半导体基片。在等离子体处理期间，向一个或两个电极提供功率以激活处理气体并且产生等离子体以处理该基片。
这种等离子体处理室的内表面可以是带电表面(如，“RF热表面”)，接地表面，或浮动表面(由绝缘材料构成)。在等离子体处理期间，不同的能量提供到，或撞击在这些不同类型的表面上。在平行板等离子体处理室中的室部件的加热特性依赖于提供到部件的暴露表面的离子能量和离子通量，并且还依赖于该部件的红外线(IR)能量吸收特性。接地(返回路径)表面和带电表面接收等离子体的主要离子能量。结果是，这些表面趋向于比浮动部件或表面更热，并也趋向于达到显著不同的温度。
高聚合处理气体化学成分，如含碳氟化合物、氟代烃(hydrofluorocarbon)、或者这些气体的前体的处理气体，可用于蚀刻介电材料，如硅氧化物。在这种等离子体蚀刻处理过程中，聚合物会沉积在该等离子体处理室的内表面上。该聚合物沉积不是想要的，因为它们会从这些表面剥落并且污染被处理的基片(如，被处理的晶片)，也会污染该室。然而，随着器件特征持续缩减，越来越需要在晶片间保持基片和等离子体暴露室表面的清洁以实现可重复的处理结果。因此，需要减少，优选地阻止在室部件内表面上聚合物蚀刻沉积的形成。
在等离子体处理操作期间，热量可通过热传导(当该部件与另一个表面物理接触时)、辐射(当电磁波传送热量进出该部件)和对流(当热量由在该室内的移动流体携带时)传入传出部件或其他室表面。部件的对流热量损失随室内压力增加而增加。在等离子体处理期间等离子体暴露部件或表面的温度增加ΔT根据下面的关系：Q＝mcΔT，依赖于增加到该部件或表面的热量Q，以及质量m，和该部件的比热c。因此，对于给定的添加在部件上的热量，增加该部件质量减少该部件温度的增加。从而，具有高质量(或高热容)的部件在等离子体处理期间不会达到足够高的温度以避免在该部件等离子体暴露表面上的聚合物沉积。
通常，在等离子体处理操作期间，聚合物沉积更容易在该等离子体处理室的较冷的等离子体暴露表面形成。浮动表面趋向于成为较冷表面，使它们同带电表面或接地表面相比通常更易于形成聚合物堆积。
在等离子体处理室中某些部件的等离子体暴露表面上的聚合物沉积的问题可通过主动加热这个(这些)部件来解决。例如，可加热室壁以保持它们的等离子体暴露内表面在足够高的温度以避免在这个(这些)表面上的聚合物沉积。还可使用喷头电极组件和静电卡盘的主动温度控制。然而，因为这样的表面带电或者接地，并因此承受高离子能量，所以即使不主动加热该带电或接地表面，与浮动表面相比，聚合物也不易于沉积在这些表面上。
可选地，可通过从室表面去除形成的聚合物沉积来解决该聚合物沉积问题。例如，可使用腐蚀性等离子体化学成分去除聚合物沉积。可选地，可湿法清洗该等离子体室以从室表面去除聚合物沉积。然而，这种清洗技术降低处理产量。
为了实现所需的处理效率和蚀刻均一性，可将等离子体限制在等离子体限制区域内，该等离子体限制区域限定在平行板等离子体处理室的上部和下部电极之间。等离子体限制环组件可用于提供这种等离子体限制。示范性的等离子体限制环组件在共有美国专利第5,534,751；5,998,932；6,019,060；6,178,919和6,527,911中公开，其中每个的全部内容通过引用结合在这里。如美国专利No.5,534,751中所述，等离子体限制环组件可包括多个等离子体限制环。这些环排列成堆以限定多个在邻近的环之间从内表面至外表面径向延伸的气体通道。等离子体中的带电粒子在该粒子通过通道时被中和，由此使在该等离子体限制区域外放电的趋势最小(即，等离子体的“非限制”)。
还如美国专利No.5,534,751中所述，等离子体限制环组件可将在等离子体蚀刻处理期间的聚合物沉积仅限制于等离子体限制环本身。然而，需要大大地减少，优选地阻止，在该限制环上的这种聚合物沉积，以便大大减少，优选地阻止，室和基片污染问题，以及避免执行额外的室清洗步骤以从该等离子体限制环去除形成的聚合物沉积。
根据上述聚合物沉积问题，已经确定可提供等离子体限制环，其适于在该环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大减少，优选地阻止在那些表面上的聚合物沉积，而不用主动加热这些表面。更特别地，该等离子体限制环可局部加热包括等离子体暴露表面的这些环的选取的部分。通过RF损耗材料来局部加热。
如这里所使用的，“RF损耗材料”是可吸收RF能量的导电材料，即，RF辐射不能透过的材料。因此，该RF损耗材料可耦合RF能量。从而，该RF损耗材料被加热。可用在该等离子体限制环的示范性的RF损耗材料包括，但不限于，掺杂Si(即，掺杂合适类型和数量的掺杂剂以控制其电阻率的硅)和SiC。另外，对于该等离子体限制环的某些实施例，该RF损耗材料可以是金属材料，包括金属，金属合金和磁性金属。
RF损耗材料具有趋肤深度。该“趋肤深度”通常定义为在导体表面下的电流为表面电流1/e(0.37)倍的深度。该趋肤深度d由下面的方程给出：d＝(2ρ/ωμ)1/2，其中ρ是材料电阻率，ω是电流的角频率(即，ω＝2πf，其中f是频率)，以及μ是材料的绝对磁导率。根据这个方程，该趋肤深度随该RF损耗材料的电阻率的增加而增加。例如，已经报道，SiC的电阻率可从大约102μΩ-cm至105μΩ-cm变化。因此，超过这个电阻率范围并且在13.56MHz的RF频率，该SiC的趋肤深度的范围可从大约150μm至5000μm。
除了导电，该RF损耗材料优选地具有足够的体积(即，热质量)，从而其可在该等离子体处理室内产生等离子体的过程中吸收足够的RF能量，使得RF损耗材料达到足够高的温度以大大减少且优选地阻止在该RF损耗材料上聚合物沉积。在一个实施例中，该RF损耗材料可具有合适的厚度以耦合RF能量，并且提供足够的热质量。例如，对于在等离子体处理室中入射到RF损耗材料上的RF频率，所使用的RF损耗材料的厚度范围可从大约为该RF损耗材料表层厚度至大约三倍的表层厚度。例如，为了用在包括一个以上RF源的等离子体处理室中，(该RF源能够提供一种以上频率)该RF材料的厚度可基于该RF材料在该等离子体处理室中暴露于的最低频率而被选取。
在等离子体限制环中，该RF损耗材料可暴露于等离子体处理室中的等离子体。在其它实施例中，该RF损耗材料可被保护免于暴露于等离子体。例如，该RF损耗材料可以是在该等离子体限制环的一个或多个表面上的涂层。在另一个实施例中，一个或多个等离子体限制环的一部分可由该RF损耗材料制成。在进一步的实施例中，该RF损耗材料可被嵌入一个或多个等离子体限制环(即，被另一种暴露于等离子体的材料围住)，使得该RF损耗材料不暴露于等离子体。
图1描述了等离子体限制环组件10的一个实施例。该等离子体限制环组件10的实施例包括至少两个等离子体限制环。图1所示的等离子体限制环组件10包括，同心排列的安装环12和四个悬挂在该安装环12上的等离子体限制环14，16，18和20。该安装环12和该等离子体限制环14，16，18和20优选地可垂直移动以在等离子体处理室中调整它们的位置，如，控制在该等离子体限制环之间间隙的尺寸。在图1中，该等离子体限制环14，16，18和20示为层叠排列，具有在各个环对14，16；16，18和18，20之间径向延伸的间隙。这些间隙提供气体流动通道。
安装环12和等离子体限制环14，16，18和20是电绝缘(介电)材料(如石英、熔融石英、硅氮化物或氧化铝等)的电浮动部件。高纯度石英是优选的用于这些部件的材料，并且尤其是用在介电材料蚀刻处理中。石英是RF可透过的。
在图1所示的实施例中，该安装环12和每个等离子体限制环14，16，18和20是单片绝缘材料。
如图1所示，该等离子体限制环14，16，18和20可通过安装元件与该安装环12连接，如包括一个或多个挂钩22的元件，每个挂钩延伸穿过在每个等离子体限制环14，16，18和20中形成的各自的孔24。插入件26可插在每个孔24中以防止挂钩22与该等离子体限制环14，16，18和20之间的直接接触。弹簧28可安装在该挂钩22的内部轴30上以相对于接头配件(fitting)32弹性偏置该挂钩22。
为了蚀刻圆半导体基片，该等离子体限制环14，16，18和20各自包括内径表面34，36，38和40，以及外径表面42，44，46和48。该内径表面34，36，38和40是等离子体暴露表面。该等离子体限制环14，16，18和20具有与待处理基片尺寸相适应的尺寸，如，对于处理300mm晶片，使用大约17英寸的内径。如图1所示，各个等离子体限制环14，16，18和20的内径表面34，36，38和40优选地互相垂直排列，并且与该安装环12垂直排列。
在该实施例中，应用RF损耗材料作为各个等离子体限制环14，16，18和20的内径表面34，36，38和40中的一个或多个(优选地每个)上的涂层。例如，该涂层可为掺杂硅或SiC。该涂层可通过任何适合的沉积技术施加，如溅射沉积，化学气相沉积(CVD)，热或电子束蒸发，或等离子体喷射沉积。该涂层优选地覆盖该等离子体限制环的整个内径表面，以使受热表面区域最大。在其他实施例中，该涂层可覆盖少于一个或多个该等离子体限制环的整个内径表面。
该RF损耗材料涂层可具有适合的厚度范围，例如，对于入射到等离子体处理室中的RF损耗材料上的RF频率，从大约该RF损耗材料趋肤深度至大约三倍趋肤深度。
在半导体基片的等离子体处理期间，该等离子体限制环14，16，18和20由该等离子体加热，并且也经受在该等离子体处理室中的其他热传递机制。该RF损耗材料耦合RF能量，并且随后被优先加热。结果是，各个等离子体限制环14，16，18和20的内径表面34，36，38和40可达到足够高的温度以大大降低，优选地阻止，聚合物在等离子体处理期间在这些表面上的沉积。
在另一个实施例中，该限制环组件的一个或多个，而更优选地每一个，等离子体限制环构造为降低从限制环的包括RF损耗材料的部分到该限制环的邻近该RF损耗材料的部分的热传导，从而保持该RF损耗材料在足够高的温度，以大大降低，优选地阻止，聚合物在该限制环上的沉积。在该实施例中，该等离子体限制环中的一个或多个，优选地每一个，包括热阻塞(thermal choke)，其可降低从该等离子体限制环的RF损耗材料到邻近部分的热传导。
在该实施例中，该等离子体限制环组件10的至少一个等离子体限制环可具有多片结构。例如，图2所示的等离子体限制环220的实施例包括支撑在外部环223上的内部环221。该内部环221和该外部环223由介电材料，如石英等制成。该内部环221包括等离子体暴露内径表面240，其上施加RF损耗材料涂层241。
在另一个实施例中，整个内部环221由RF损耗材料制成。例如，该内部环221可以由掺杂硅或SiC制成。该外部环223可以由适合的介电材料，如石英等制成。
在该等离子体限制环220中，该内部环221被支撑在该外部环223上，以限定在该内部环221和该外部环223相对表面之间的至少一个间隙225。该间隙225作为热阻塞，其对于降低从该内部环221至该外部环223的热传导是有效的，尤其当该内部环221的内径表面240暴露于等离子体时。通过提供该间隙225，该内径表面240可保持在足够高的温度以大大地降低，优选地阻止，在等离子体处理期间聚合物在该表面240上的沉积。
图3A和3B描述等离子体限制环320的另一个实施例，该等离子体限制环包括内径表面340和嵌入的，即封入的，RF损耗材料360。该嵌入的RF损耗材料360可提供在该限制环组件的一个或多个，优选地每一个等离子体限制环中。
如图3A所示，该RF损耗材料可具有环状结构。为了使在等离子体处理期间，由该RF损耗材料360的加热所导致的对该内径表面340的加热最大，可最小化在RF损耗材料360和该内径表面340间的径向距离。
如图3B所示，该等离子体限制环320可具有两片结构，包括沿界面370结合的上部环部362和下部环部364。该RF损耗材料360可设置在凹陷361中，凹陷361在该上部环部362和/或下部环部364中形成。该凹陷361可具有任何适合的形状，如半圆形，圆形(如所示)，沟槽结构等。该凹陷361可通过适于处理该等离子体限制环320的材料的方法形成，如激光烧蚀(laser ablation)或蚀刻。该RF损耗材料360可沿该凹陷361连续地延伸以增强环绕整个内径表面340的加热均一性。可选地，该RF损耗材料360可不连续地延伸。该RF损耗材料360可为，例如，固体珠或粉末的形式。
该等离子体限制环320的上部环部362和下部环部364可通过任何适合的结合方法沿该界面370结合。例如，该上部环部362和该下部环部364可通过适合的粘结剂粘结，如与室环境相容的弹性材料，该环境是在半导体基片等离子体处理期间该等离子体限制环所面对的，如在共有美国专利No.6,073,577中所述的，其通过引用而整体结合在这里。该弹性体材料可任选地包括导热粒子填充物。
该弹性体可包括导热材料的粒子，如Si，SiC，金属或金属合金，以增强该弹性体的热传导性。该金属适于在等离子体处理室的杂质敏感环境(impurity-sensitive environment)中使用。该导热弹性体可应用在该RF损耗材料360和该内径表面340之间的界面370上以增强至该内径表面340的热传递，并因此使在其上的聚合物沉积最小化。
在另一个实施例中，该上部环部362和下部环部364可通过焊接技术在该界面370结合。例如，该焊接技术可以是使用CO2激光的激光焊接等。该上部环部362和下部环部364可在围绕该内径表面340和该外径表面348的界面370处激光焊接。
通过将该RF损耗材料360嵌入该等离子体限制环320，可保护该RF损耗材料360免于暴露给等离子体。因此，该RF损耗材料360可以是提供RF耦合的材料，如金属，金属合金或磁性材料(如，铁素体(ferrite))。所选取的材料可具有适合的热传导性和体积以在等离子体处理期间达到足够高的温度，从而导致充分加热该等离子体暴露的内径表面340，以大大地降低，优选地阻止，聚合物在该内径表面340的沉积。
图4A-4C描述该等离子体限制环组件400的另一个实施例。该限制环组件400包括安装环402和挂在该安装环402上的等离子体限制环420，430和440堆。该安装环402包括内部环410，其支撑在外部环405上。该内部环410包括等离子体暴露内表面412，与该内表面412相对的外表面413，以及在该外表面413上的涂层414。该涂层414由间隙416与该外部环405隔开，该间隙提供热阻塞。
该等离子体限制环420，430，440包括各自的等离子体暴露内表面422，432，442和外表面428，438，448。在该实施例中，该等离子体限制环组件400可包括三个以上的等离子体限制环420，430和440，如四个或更多环，或其可包括两个环。
在该实施例中，该内部环410优选由RF透明材料制成，如石英。该间隙416可降低从该内部环410至该外部环405的热传导。从该内部环410至该外部环405的热损失可由辐射损失所主导(由T4发射率所主导)。为了降低这种辐射损失，该内部环410的外表面413上的涂层414由导电，低发射率材料制成。例如，该涂层414可为适合的金属，如镍，铟锡氧化物(ITO)，氟化锡氧化物(fluorinated tin oxide)(FTO)，等。在该外表面413施加该涂层414导致该内部环410向该外部环405辐射较少功率，即，热损失减少，其可有效地保持该内部环410更热。同样，因为该内部环410对于RF是透明的，RF可在该涂层414中产生电流，这导致在该涂层内功率被消散。由于该涂层414与该内部环410粘结，该涂层414可补充该内部环410的热功率。
该内部环410可具有任何适合的尺寸。例如，该内部环410的厚度可在大约0.05至大约0.30in的范围内，优选地为大约0.10in至大约0.20in。
在该实施例中，该外部环405包括多个圆周间隔的凹陷417，其形成在该外部环405的内部圆周。图4B和4C示出该外部环405的一部分，包括凹陷417和可移除地容纳在该凹陷417内的支撑元件415(图4C)。如图4A中所示，该内部环410支撑在该支撑元件415上。例如，该支撑元件415可为圆球，或者它们可具有其他适合的形状。这样的圆球提供在该支撑元件415和该内部环410之间减少的接触面积，其可减少从该内部环410至该外部环405的热传导。该支撑元件415可由TEFLON(聚四氟乙烯)，PEEK(聚醚醚酮)等制成。
如图4A所示，该等离子体限制环420和430可分别包括热阻塞424，426和434，436。该限制环440还可包括一个或多个热阻塞。该热阻塞424，426和434，436可以是在各自的等离子体限制环420，430中形成的狭槽。当这些表面在等离子体处理操作期间暴露于等离子体时，该热阻塞可分别降低来自该等离子体暴露内表面422，432的热传递。因此，该内表面422，432可到达足够高的温度以大大降低，优选地阻止，在等离子体处理期间聚合物在该内表面422，432上的沉积。可用于该等离子体限制环组件400的等离子体限制环420，430和440的合适的热阻塞在共有美国专利申请No.11/083,241中描述，其通过引用整体结合在这里。
等离子体限制环组件其他实施例的等离子体限制环也可包括热阻塞。例如，如图1所示的等离子体限制环组件10的一个或多个该等离子体限制环14，16，18和20可包括一个或多个狭槽以进一步增强各自内表面34，36，38和40在等离子体处理期间的加热。
该RF损耗材料可大大降低，优选地阻止，聚合物在设置有该RF损耗材料的等离子体限制环表面的沉积(在RF损耗材料暴露于等离子体的实施例中)，或者邻近该RF损耗材料的表面(在该RF损耗材料不暴露于等离子体的实施例中)。然而，万一在等离子体处理操作期间，少量的聚合物沉积在任何一个等离子体限制环上，可使用在连续晶片处理之间执行的氧等离子体处理从该一个(多个)等离子体限制环上去除这种聚合物沉积物。该等离子体限制环所达到的温度优选地足够高，这样在一个或多个该等离子体限制环上沉积的聚合物可基本上被该氧等离子体去除。在该氧等离子体处理期间的室压力可为，例如，大约500mTorr至大约700mTorr。
在另一个实施例中，该限制环组件的一个或多个等离子体限制环可包括具有表面粗糙特征的外表面，所述粗糙特征增强该等离子体限制环上的聚合物的粘附。在该实施例中，可能在半导体基片的等离子体处理过程中沉积在该粗糙表面上的聚合物粘附在该表面上，从而该聚合物不会剥落到晶片表面或该半导体基片上。例如，在图2所示的多片等离子体限制环220中，可将该外部环部223的上部和/或下部表面变粗糙(例如，通过喷丸处理)以增进聚合物在这个(这些)表面上的粘附。
图5描述电容耦合等离子体处理室500的一个示范性实施例，其中安装了等离子体限制环组件10。该等离子体处理室500包括具有底部表面504的上部电极502。在该实施例中，该底部表面504包括台阶(step)506，其适于控制邻近该上部电极502的暴露表面形成的等离子体的局部密度，如在美国专利No.6,391,787中所述的，其通过引用整体结合在这里。在该实施例中，该上部电极502是一个喷头电极，包括气体通道508，设置为用于将处理气体分配至等离子体处理室500中。该上部电极502可由硅(如，单晶硅或多晶硅)或碳化硅制成。
在该实施例中，该上部电极502是单片电极(例如，用于200mm晶片处理)。该上部电极502可安装(如，粘结的弹性体)到合适材料如石墨或碳化硅的背衬(backing)构件510上。该背衬构件510包括气体通道512，其与该上部电极502中的对应的气体通道508流动连接。
在另一个实施例中，该上部电极502可具有两片结构(如，用于300mm晶片处理)并包括单片内部电极构件和围绕该内部电极构件的外部电极构件，如在共有美国专利申请No.10/743,062中描述的，其通过引用整体结合在这里。在该实施例中，该背衬构件510可包括与该内部电极构件共同延伸的背衬板和与该外部电极构件共同延伸的背衬环，如美国专利申请No.10/743,062中所描述的。
在图5所示的该等离子体处理室500的实施例中，热控制板514被支撑在该背衬构件510上。该热控制板514可包括一个或多个可操作的加热器以控制该上部电极502的温度，如美国专利申请No.10/743,062所述的。
该等离子体处理室500包括用于向上部电极502供应处理气体的气源(未示出)。该处理气体通过该上部电极502中的气体通道508分配到该室中。该上部电极502可由RF电源516通过匹配网络提供功率。在另一个实施例中，该上部电极502可电接地以便为由该等离子体处理室500的基片支撑件520的底部电极提供的功率提供回路。
在该实施例中，处理气体被提供至该等离子体处理室500内的等离子体生成区域，该区域位于该上部电极502和支撑在基片支撑件520上的半导体基片522(如半导体晶片)之间的空间内。该基片支撑件520可包括静电卡盘524，其通过静电夹紧力将该半导体基片522固定在该基片支撑件上。该静电卡盘524作为底部电极并且可通过RF电源525，527中至少一个来偏置(bias)(通常经过匹配网络)。
在该半导体基片522的等离子体处理期间，该等离子体限制环组件10将等离子体限制在处于该上部电极502和该半导体基片522之间的等离子体限制区域内。可设置边环526，528以围绕该半导体基片522以集中等离子体，从而改进蚀刻均一性。
配置真空泵(未示出)来保持该等离子体处理室500内所需的真空压力。
可使用的示范性的平行板等离子体反应器是双频等离子体蚀刻反应器(见，如共有美国专利No.6,090,304，其通过引用整体结合在这里)。在这种反应器中，蚀刻气体可从气源提供至喷头电极，以及可通过从至少两个RF源以不同的频率提供RF能量至该喷头电极和/或底部电极，从而在反应器中产生等离子体，或者该喷头电极可电接地以及两个或多个不同频率的RF能量可提供至该底部电极。
前面描述了本发明的原理，优选实施例和操作模式。然而，本发明不应当解释为被限于所讨论的特别的实施例。因此，上述实施例应当认为是说明性的而不是限制性的，并且应当理解本领域的技术人员可在那些实施例中做出各种变化，而不背离本发明如权利要求所定义的范围。

Claims (36)

1.一种用于等离子体处理室的等离子体限制环组件的等离子体
限制环，所述等离子体限制环包括：
表面；以及
RF损耗材料；
其中，当所述表面暴露于所述等离子体处理室内的等离子体时，所述RF损耗材料有效地耦合RF能量，使得所述表面达到足够高的温度以大大地降低在所述表面上的聚合物沉积。
2.根据权利要求1所述的等离子体限制环，其中，所述RF损耗材料是SiC或掺杂硅。
3.根据权利要求1所述的等离子体限制环，其中，所述RF损耗材料是在所述等离子体限制环的内径表面上的涂层。
4.根据权利要求1所述的等离子体限制环，其包括RF透明材料。
5.根据权利要求1所述的等离子体限制环，其中，所述等离子体限制环包括：
包括所述RF损耗材料的内部环；
外部环；以及
至少一个限定在所述内部环和外部环之间的间隙，所述间隙有效地降低从所述内部环至所述外部环的热传导。
6.根据权利要求5所述的等离子体限制环，其中所述内部环主要由所述RF损耗材料组成。
7.一种用于等离子体处理室的等离子体限制环组件，包括：
至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环，每个所述等离子体限制环包括等离子体暴露表面和RF损耗材料；
其中，当所述等离子体限制环暴露于所述等离子体处理室内的等离子体时，所述RF损耗材料有效地耦合RF能量，使得所述每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低在所述等离子体暴露表面上的聚合物沉积。
8.根据权利要求7所述的等离子体限制环组件，其中，每个所述等离子体限制环包括RF透明材料。
9.根据权利要求7所述的等离子体限制环组件，包括：
安装环；以及
安装元件，其用于将所述等离子体限制环悬挂在所述安装环上。
10.根据权利要求7所述的等离子体限制环组件，其中，至少一个所述等离子体限制环包括：
内部环，其包括所述等离子体暴露表面和所述RF损耗材料；以及
外部环，其适于支撑所述内部环，使得在所述内部环和
外部环之间限定间隙，所述间隙有效地降低从所述内部环到所述外部环的热传导。
11.一种等离子体处理室，包括：
上部喷头电极；
基片支撑件，其包括下部电极；以及
根据权利要求7所述的等离子体限制环组件，其设置为将等离子体限制在所述喷头电极和所述基片支撑件之间的空间内。
12.一种用于等离子体处理室的等离子体限制环组件，包括：
至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环，每个所述等离子体限制环包括RF损耗材料的等离子体暴露表面；
其中，当所述等离子体限制环暴露于所述等离子体处理室内的等离子体时，所述RF损耗材料有效地耦合RF能量，使得所述每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低在所述等离子体暴露表面上的聚合物沉积。
13.根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，其中，所述RF损耗材料是SiC或掺杂硅。
14.根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，其中，所述RF损耗材料是在所述等离子体限制环的内径表面上的涂层。
15.根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，其中，每个所述等离子体限制环包括RF透明材料。
16.根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，包括：
安装环；以及
安装元件，其用于将所述等离子体限制环悬挂在所述安装环上。
17.根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，其中，至少一个所述等离子体限制环包括：
内部环，其包括RF损耗材料；
外部环；以及
至少一个限定在所述内部环和外部环之间的间隙，所述间隙有效地降低从所述内部环到所述外部环的热传导。
18.根据权利要求17所述的等离子体限制环组件，其中，所述内部环主要由所述RF损耗材料组成。
19.根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，其中，所述RF损耗材料是掺杂硅或SiC。
20.一种等离子体处理室，其包括：
上部喷头电极；
基片支撑件，其包括下部电极；以及
根据权利要求12所述的等离子体限制环组件，其设置为将等离子体限制在所述喷头电极和所述基片支撑件之间的空间内。
21.一种用于等离子体处理室的等离子体限制环组件，包括：
至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环，每个所述等离子体限制环包括等离子体暴露表面和嵌入的RF损耗材料，所述嵌入的RF损耗材料并不暴露于所述等离子体处理室内的等离子体；
其中，当所述等离子体限制环暴露于所述等离子体处理室中的等离子体时，所述RF损耗材料有效地耦合RF能量，使得所述每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低在所述等离子体暴露表面上的聚合物沉积。
22.根据权利要求21所述的等离子体限制环组件，其中，所述RF损耗材料是金属性材料。
23.根据权利要求21所述的等离子体限制环组件，其中，每个所述等离子体限制环包括围绕所述RF损耗材料的RF透明材料。
24.根据权利要求21所述的等离子体限制环组件，其中，至少一个所述等离子体限制环包括第一部分，与所述第一部分结合的第二部分，以及设在所述第一部分和所述第二部分之间的RF损耗材料。
25.根据权利要求24所述的等离子体限制环组件，其中，所述第一部分通过弹性连接与所述第二部分结合。
26.根据权利要求24所述的等离子体限制环组件，其中，所述第一部分与所述第二部分焊接。
27.一种等离子体处理室，包括：
上部喷头电极；
基片支撑件，其包括下部电极；以及
根据权利要求21所述的等离子体限制环组件，其设置为将等离子体限制在所述喷头电极和所述基片支撑件之间的空间内。
28.一种用于等离子体处理室的等离子体限制环组件，包括：
安装环，其包括适于被支撑在外部环上的内部环，所述内部环包括等离子体暴露内表面，与所述内表面相对的外表面，以及在所述外表面上的导电、低发射率材料涂层；以及
至少两个以堆的形式设置的并且悬挂在所述安装环上的等离子体限制环。
29.根据权利要求28所述的等离子体限制环组件，其中所述涂层由金属、氟化锡氧化物或者铟锡氧化物制成。
30.根据权利要求28所述的等离子体限制环组件，其中：
所述外部环包括多个圆周间隔的凹陷；
支撑元件，其可移除地容纳于所述各个凹陷的每一个中；以及
所述内部环适于被支撑在所述支撑元件上。
31.一种在等离子体处理室内处理半导体基片的方法，包括：
将处理气体提供至等离子体处理室内，所述等离子体处理室包括根据权利要求28所述的等离子体限制环组件；以及
由所述处理气体产生等离子体并在所述等离子体处理室内蚀刻半导体基片；
其中，在所述蚀刻过程中，所述涂层增强所述内部环的内表面的加热，使得所述内表面达到足够高的温度以大大地降低在所述内表面上的聚合物沉积。
32.一种等离子体处理室，其包括：
上部喷头电极；
基片支撑件，其包括下部电极；以及
根据权利要求28所述的等离子体限制环组件，其设置为将等离子体限制在位于所述上部电极和所述基片支撑件之间的空间内。
33.一种在等离子体处理室中处理半导体基片的方法，包括：
将处理气体提供至等离子体处理室内，所述等离子体处理室包括至少两个以堆的形式设置的等离子体限制环，每个所述等离子体限制环包括等离子体暴露表面和RF损耗材料；以及
由所述处理气体产生等离子体并在所述等离子体处理室内蚀刻半导体基片；
其中，在所述蚀刻过程中，所述RF损耗材料耦合RF能量，使得所述每个等离子体限制环的等离子体暴露表面达到足够高的温度以大大地降低在所述等离子体暴露表面上的聚合物沉积。
34.根据权利要求33所述的方法，其中：
所述半导体基片包括介电材料，所述介电材料由所述等离子体蚀刻；以及
所述处理气体包括至少一种从由碳氟化合物、氟代烃、碳氟化合物前体和氟代烃前体组成的组中选取的组分。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述等离子体处理室包括接地的上部喷头电极、和被以不同的频率提供功率的下部电极。
36.根据权利要求33所述的方法，进一步包括：
从所述等离子体处理室移除所述半导体基片；以及
在所述等离子体处理室中生成氧等离子体，所述氧等离子体有效地从所述等离子体限制环去除聚合物沉积。
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