CN107516626B - 用于原位晶片边缘和背侧等离子体清洁的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于原位晶片边缘和背侧等离子体清洁的系统和方法。具体而言，下电极板接收射频功率。第一上板定位成平行于所述下电极板并与其间隔开。接地的第二上板定位成邻近所述第一上板。电介质支承体在所述下电极板与所述第一上板之间的区域中提供对工件的支撑。在所述第一上板的中央位置处供应净化气体。处理气体被供应到所述第一上板的外周。所述电介质支承体将所述工件定位成邻近并平行于所述第一上板，使得所述净化气体流过所述工件的顶面，以便防止处理气体流过所述工件的顶面，并且使所述处理气体绕着所述工件的外周边缘并且在所述工件下方流动。

Description

用于原位晶片边缘和背侧等离子体清洁的系统和方法
本申请是2014年07月18日提交的中国申请号为201410345448.7、发明名称为“用于原位晶片边缘和背侧等离子体清洁的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及半导体制造领域，更具体地涉及用于原位晶片边缘和背侧等离子体清洁的系统和方法。
背景技术
在半导体芯片的制造过程中，衬底经过一系列材料沉积和去除处理以在最终形成功能性集成电路设备的衬底上形成多种导电材料和电介质材料的图案。在多种材料去除处理过程中，即，在蚀刻过程期间，在衬底的等离子体密度通常很低的边缘区会形成蚀刻副产物的材料。蚀刻副产物的材料可以是半导体芯片制造中使用的任何材料类型，并且通常包括由碳、氧、氮、氟等等构成的聚合物。由于蚀刻副产物材料形成在衬底的外缘附近，蚀刻副产物材料会变得不稳定并且从衬底脱离/分离，从而成为衬底的制造半导体芯片的其他部分的潜在材料污染的来源。此外，在多种制造工艺期间，副产物材料会粘附到衬底背侧表面的任何暴露部分上，从而成为衬底的关键部分的潜在材料污染的另一个来源。因此，在衬底上制造半导体器件期间，必须从衬底的外缘和衬底的背侧去除有问题的副产物材料。正是在这种背景下提出本发明。
发明内容
在一个实施方式中，公开了一种半导体处理系统。所述系统包括下电极板和射频电源，所述射频电源被连接上以供应射频功率到所述下电极板。所述系统还包括定位成平行于所述下电极板并与其间隔开的电介质上板。所述系统还包括上电极板，所述上电极板定位成邻近所述电介质上板，使得所述电介质上板位于所述下电极板与所述上电极板之间。上电极板电性连接至参考地电位。所述系统还包括电介质支承体，所述电介质支承体被限定为以电绝缘的方式将工件支撑在所述下电极板与所述电介质上板之间的区域内。所述系统还包括净化气体供应通道，所述净化气体供应通道形成为供应净化气体到所述下电极板与所述电介质上板之间在所述电介质上板的中央位置处的区域。所述系统还包括处理气体供应通道，所述处理气体供应通道形成为供应处理气体到所述下电极板与所述电介质上板之间在所述电介质上板的外周的区域。所述电介质支承体被限定成当所述工件存在于所述电介质支承体上时将所述工件定位成处于邻近并且基本上平行于所述电介质上板的位置，使得所述净化气体在所述电介质上板与所述工件的顶面之间从所述净化气体供应通道流过所述工件的顶面，以便防止所述处理气体流过所述工件的顶面，并且使所述处理气体绕着所述工件的外缘以及在所述工件下方流入所述下电极板与所述工件的底面之间的区域中。
在一个实施方式中，公开了一种用于对工件的外周区域和底面进行等离子体清洁的方法。所述方法包括将工件的底面定位在电介质支承体上，该电介质支承体被限定成以电绝缘的方式将工件支撑在下电极板的上表面与电介质上板的下表面之间的区域中。上电极板定位成邻近电介质上板的上表面。下电极板被连接上以接收射频功率。上电极板电性连接至参考地电位。所述方法还包括定位电介质支承体使得工件的顶面与电介质上板的下表面间隔窄间隙，并且使得在工件的底面与下电极板的上表面之间存在开口区域。所述方法还包括使净化气体流到工件的顶面与电介质上板的下表面之间的窄间隙内的中央位置处，使得净化气体沿远离中央位置的方向朝着工件的外周流过窄间隙。所述方法还包括使处理气体流到工件的位于窄间隙外面的外周区域。所述处理气体流入所述工件的底面与所述下电极板的上表面之间的所述区域中。所述方法还包括供应射频功率到下电极板，以便绕着工件的外周区域以及在工件的底面与下电极板的上表面之间的区域中使处理气体转化成等离子体。
在一个实施方式中，公开了一种半导体处理系统。所述系统包括下喷头电极板，所述下喷头电极板具有用于使处理气体转化成等离子体的内部区域。所述下喷头电极板具有从所述下喷头板的上表面延伸到所述内部区域的多个通气口。所述系统还包括形成为供应所述处理气体到所述下喷头电极板的内部区域的处理气体供应通道。所述系统还包括射频电源，所述射频电源被连接上以供应射频功率到所述下喷头电极板以便在所述下喷头电极板的内部区域中使所述处理气体转化成所述等离子体。所述系统还包括第一上板，所述第一上板定位成平行于所述下喷头电极板并与其间隔开。所述系统还包括第二上板，所述第二上板定位成邻近所述第一上板，使得所述第一上板位于所述下喷头电极板与所述第二上板之间。第二上板电性连接至参考地电位。所述系统还包括具有环形形状的电介质边缘环，所述电介质边缘环的上表面被限定成接触并支撑工件底面的外周区域。所述电介质边缘环被限定成以电绝缘的方式将工件支撑在下喷头电极板的上表面与第一上板的下表面之间的区域中。所述系统还包括净化气体供应通道，所述净化气体供应通道形成为供应净化气体到所述下喷头电极板的上表面与所述第一上板的下表面之间在所述第一上板的中央位置处的区域。所述电介质边缘环被限定成当所述工件存在于所述电介质边缘环上时将所述工件定位成邻近并且基本上平行于所述第一上板，使得所述净化气体在所述第一上板的下表面与所述工件的顶面之间从所述净化气体供应通道流过所述工件的顶面，以便防止所述等离子体的反应成分到达所述工件的顶面。
在一个实施方式中，公开了一种用于对工件的底面进行等离子体清洁的方法。所述方法包括将工件定位在具有环形形状的电介质边缘环上，该电介质边缘环的上表面被限定成接触并支撑工件底面的外周区域。电介质边缘环被限定成以电绝缘的方式将工件支撑在下喷头电极板的上表面与第一上板的下表面之间的区域中。第二上板定位成邻近第一上板的上表面。下喷头电极板被连接上以接收射频功率。第二上板电性连接至参考地电位。所述方法还包括定位电介质边缘环使得工件的顶面与第一上板的下表面间隔窄间隙，并且使得在工件的位于电介质边缘环内的底面与下喷头电极板的上表面之间存在开口区域。所述方法还包括使净化气体流到窄间隙内的中央位置处，使得净化气体沿远离中央位置的方向朝着工件的外周流过窄间隙。所述方法还包括使处理气体流到下喷头电极板的内部区域。所述方法还包括供应射频功率到下喷头电极板，以便在下喷头电极板的内部区域中使处理气体转化成等离子体，由此等离子体的反应成分从下喷头电极板的内部区域通过通气口流入位于工件的电介质边缘环内侧的底面与下喷头电极板的上表面之间的开口区域中。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种半导体处理系统，其包括：
处理室，所述处理室包括：
下电极板；
上电极组件，所述上电极组件设置在所述下电极板的上方并且基本上平行于所述下电极板，所述上电极组件具有形成为延伸穿过所述上电极组件的底面的气体供应通道；以及
电介质边缘环，所述电介质边缘环具有限定成接触和支撑衬底的底面的外周区域的上表面，所述电介质边缘环形成为围绕所述下电极板并且以可控方式在所述下电极板上方延伸到所述下电极板与所述上电极组件之间的区域中，使得在所述电介质边缘环内侧在所述下电极板的顶表面与对应于所述电介质边缘环的上表面的平面之间形成下处理区域；
导管，所述导管被配置为延伸到所述室中至所述下处理区域；以及
远程等离子体源，所述远程等离子体源被配置为在所述室外部产生等离子体的反应成分并且使所述等离子体的反应成分通过所述导管流动到所述下处理区域。
2.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用射频功率来产生所述等离子体的反应成分。
3.根据条款2所述的半导体处理系统，其中，所述射频功率在约1千瓦至约10千瓦的范围内。
4.根据条款2所述的半导体处理系统，其中，所述射频功率在约5千瓦至约8千瓦的范围内。
5.根据条款2所述的半导体处理系统，其中，使用在约2兆赫兹至约60兆赫兹范围内的一个或多个射频信号来产生所述射频功率。
6.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用微波功率来产生所述等离子体的反应成分。
7.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用射频功率和微波功率的组合来产生所述等离子体的反应成分。
8.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为电容耦合等离子体源。
9.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为电感耦合等离子体源。
10.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用处理气体来产生所述等离子体的反应成分，所述处理气体以约0.1标准升每分钟至约5标准升每分钟的范围内的流速和约0.1托至约10托的范围内的压力来供应。
11.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述电介质边缘环被配置为由形成通气口的空间彼此间隔开的一堆环状圆环结构，所述通气口用于从所述下处理区域到排气区域的流体连通。
12.根据条款11所述的半导体处理系统，其中，所述电介质边缘环包括连接到所述一堆环状圆环结构的多个结构构件，所述多个结构构件位于绕着所述电介质边缘环的圆周的间隔开的位置处。
13.根据条款12所述的半导体处理系统，其中，所述多个结构构件被限定成以固定的空间配置保持所述一堆环状圆环结构。
14.根据条款12所述的半导体处理系统，其中，所述多个结构构件被限定成提供用于所述一堆环状圆环结构的空间配置的受控变化，使得形成所述通气口的所述环状圆环之间的空间能够通过调整所述多个结构构件而在大小上得以调整。
15.根据条款11所述的半导体处理系统，其中，每个环状圆环结构具有基本相同的尺寸和形状。
16.根据条款1所述的半导体处理系统，其还包括：
连接用于向所述下电极板供应射频信号的射频电源。
17.根据条款1所述的半导体处理系统，其中，所述上电极组件包括定位成暴露于所述下电极板的电介质上板。
18.根据条款17所述的半导体处理系统，其中，所述上电极组件包括上电极板，其中，所述电介质上板位于所述上电极板与所述下电极板之间。
19.一种用于对衬底进行等离子体清洁的方法，其包括：
将衬底定位在处理室内的电介质边缘环上，所述电介质边缘环具有限定成接触和支撑所述衬底的底面的外周区域的上表面，所述电介质边缘环形成为围绕下电极板并且以可控方式在所述下电极板上方延伸到所述下电极板与上电极组件之间的区域中，使得在所述电介质边缘环内侧在所述下电极板的顶表面与所述衬底的底面之间形成下处理区域；
在所述室外部的远程等离子体源内产生等离子体的反应成分；以及
使所述等离子体的反应成分通过导管流到所述下处理区域。
20.根据条款19所述的用于对衬底进行等离子体清洁的方法，其还包括：
使处理气体流到所述衬底的外周区域；
使净化气体流过所述上电极组件的中央位置到所述衬底的顶表面的中央位置，所述净化气体防止所述处理气体流向所述衬底的顶表面的中央位置；以及
向所述下电极板供应射频功率，所述射频功率将所述处理气体转化成暴露于所述衬底的外周区域的第二等离子体。
结合附图，从以示例方式说明本发明的以下详细描述会更明白本发明的其他方面和优点。
附图说明
图1A示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统。
图1B示出了根据本发明的一个实施方式的沿着图1A中表示的A-A线截取的水平剖视图。
图1C示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统的变型，其中处理气体供应通道被限定成在绕着电介质上板的外周的多个位置处穿过电介质上板。
图1D示出了根据本发明的一个实施方式的沿着图1C中表示的A-A线截取的水平剖视图。
图1E示出了根据本发明的一个实施方式的被限定用于使用远程等离子体源的图1A的半导体处理系统的变型。
图1F示出了根据本发明的一个实施方式的图1A的半导体处理系统，其配置为工件下降以停靠在下电极组件上以便对工件的外缘进行等离子体处理。
图示2A出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统。
图2B示出了根据本发明的一个实施方式的沿着图2A中表示的B-B线截取的水平剖视图。
图2C示出了根据本发明的一个实施方式的电介质边缘环被限定为由形成通气口的空间彼此间隔开的一堆环状圆环的示例性实施方式。
图2D示出了根据本发明的一个实施方式的被限定用于使用远程等离子体源的图2A的半导体处理系统的变型。
图2E示出了根据本发明的一个实施方式的图2A的半导体处理系统，其配置为使工件下降以停靠在下电极组件上以便对工件的外缘进行等离子体处理。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统。
图3B示出了根据本发明的一个实施方式的被限定用于使用远程等离子体源的图3A的半导体处理系统的变型。
图3C示出了根据本发明的一个实施方式的图3A的半导体处理系统，其配置为使工件下降以停靠在下电极组件上以便对工件的外缘进行等离子体处理。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统，该系统是图3A描述的系统的变型。
图5A和图5B示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统，这两个系统也是图3A描述的系统的变型。
图5C示出了根据本发明的一个实施方式的被限定成使用远程等离子体源的图5A的半导体处理系统的变型。
图6示出了根据本发明的一个实施方式的用于对工件的底面进行等离子体清洁的方法的流程图。
图7示出了根据本发明的一个实施方式的用于对工件的底面进行等离子体清洁的方法的流程图。
图8示出了根据本发明的一个实施方式的用于在共同的等离子体处理系统中对工件进行斜边半导体清洁处理和背侧清洁处理的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了多个具体细节以便提供对本发明的完全理解。但是，本领域的技术人员应当认识到，在没有这些具体细节中的某些或全部的情况下可以实施本发明。在其他实例中，未详细描述公知的方法操作以便不会不必要地模糊本发明。
图1A示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统100。所述系统包括室101。在该室101内，电介质上板105定位成与下电极板103平行并与其分离。上电极板107定位成邻近电介质上板105，使得电介质上板105位于下电极板103与上电极板107之间。上电极板107电性连接至参考地电位128，如电气连接件129所示。电介质上板105和上电极板107一起形成上电极组件108。
射频(RF)电源123被连接上以通过匹配电路125供应射频功率到下电极板103，如电气连接件127所示。应当理解，匹配电路125被限定为通过电气连接件127控制电阻抗，使得供应的射频功率可以通过区域140高效地传输。下电极板103设置在由外基板136保持的内基板135内。外基板136电性连接至参考地电位138，如电气连接件137所示。内基板135由电介质材料形成，以便使射频供电的下基板103与接地的外基板136电气分开。下电极板103、内基板135和外基板136一起形成下电极组件104。
上电极组件108通过下电极板103的上表面与电介质上板105的下表面之间的区域140与下电极组件104分开。电介质支承体被限定为以电气绝缘的方式将工件109支撑在下电极板103与电介质上板105之间的区域140中。在图1A所示的实施方式中，电介质支承体被限定为成组的电介质升降销111，成组的电介质升降销111延伸穿过下电极板103以便以电气绝缘的方式将工件109支撑在下电极板103与电介质上板105之间的区域140中。在工件109被支撑在成组的电介质升降销111上的这种构造中，工件109处于浮动电位。在一个实施方式中，成组的电介质升降销111是由不导电的陶瓷材料形成的。
成组的电介质升降销111被限定为以可控的方式延伸到下电极板103与电介质上板105之间的区域140中，以便当工件109位于成组的电介质升降销111上时控制形成工件109的顶面与电介质上板105之间的间隙113的距离112。在一个实施方式中，工件109的顶面与电介质上板105之间垂直测量的距离112约为0.35mm。然而，应当理解，在其他实施方式中，可以按照需要设置工件109的顶面与电介质上板105之间的距离112。另外，应当理解，工件109的顶面与电介质上板105之间的距离112在等离子体处理操作期间和/或间隙是可调的。
在一些实施方式中，电介质上板105可以包括用于对工件109进行温度控制的加热部件。例如，在一些实施方式中，电介质上板105可以包括辐射加热元件，以穿过间隙113辐射加热工件109。在其他实施方式中，电介质上板105可以包括电阻式加热器，以用于加热电介质上板105，并且继而提供用于辐射加热并且/或者对流加热工件109。
净化气体供应通道115形成为供应净化气体到下电极板103与电介质上板105之间在电介质上板105的中央位置处的区域140。在一个实施方式中，例如如图1A的实例所示，净化气体供应通道115形成为穿过上电极板107与电介质上板105两者，以便当工件处于成组的电介质升降销111上时在电介质上板105的中央位置处以及在工件109的顶面的大致中央位置处分配净化气体。净化气体供应通道115流体连接至包括净化气体的净化气体供应源117。
在等离子体处理操作期间，净化气体在工件109的顶面上从中央位置朝着工件109的外周径向向外流过间隙113，以便防止等离子体102的反应成分进入工件109的顶面与电介质上板105的底面之间在工件109的顶面外周处的间隙113。另外，在等离子体处理操作期间，可以提供净化气体来用于冷却工件109。对于在电介质上板105内利用加热部件的一些实施方式，间隙113内的净化气体提供的冷却与加热部件提供的加热结合以提供对工件109温度的整体控制。在各种实施方式中，净化气体被限定为例如氮气或氦气等等惰性气体。然而，应当理解，在其他实施方式中可以使用其他气体或气体混合物作为净化气体，只要这些净化气体与等离子体处理化学兼容并且既能够提供从工件109的顶面上方的区域排除反应等离子体成分的效果又能够提供所需的温度控制的效果即可。
处理气体供应通道119流体连接至包括处理气体的处理气体供应源121。处理气体被限定为在暴露于射频功率时转化成等离子体102。处理气体供应通道119形成为供应处理气体到电介质上板105的外周附近的位置处。从处理气体供应通道119出来的处理气体扩散到下电极板103与电介质上板105之间的区域140中。在图1A的示例性实施方式中，处理气体供应通道119形成为穿过上电极板107，并且包括形成在上电极板107与电介质上板105之间的开口区域119A。
在各种实施方式中，处理气体被限定为氧基化学物、氟基化学物、氯基化学物等等中的一种或多种。然而，应当理解，在其他实施方式中可以使用其他气体或气体混合物作为处理气体，只要处理气体被限定为在暴露于通过电气连接件127供应的射频功率时转化成具有适当的反应成分特性的等离子体102即可。还应当理解，在各种实施方式中，处理气体的成分可以根据以下特性的变化而变化：将要使用的射频功率，例如，频率、功率、工作周期；将要供应到室101内部的压力；将要供应到室101内部的温度；处理气体通过室101的流速；以及影响工件109的部分在暴露于等离子体102时的特定反应所需的反应成分的类型。在一些实施方式中，射频功率以60兆赫兹(MHz)或更高的频率供应。
图1B示出了根据本发明的一个实施方式的沿着图1A中表示的A-A线截取的水平剖视图。如图1B所示，净化气体供应通道115被限定为在电介质上板105下的大致中央位置处分配净化气体。另外，在上电极板107与电介质上板105之间用于分配净化气体的开口区域以基本上均匀的方式被限定为绕着电介质上板105的外周，使得绕着电介质上板105的外周以基本上均匀的方式分配处理气体。
图1C示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统100的变型，其中处理气体供应通道119被限定为绕着电介质上板105的外周在多个位置穿过电介质上板105，如通道119B所示。图1D示出了根据本发明的一个实施方式的沿着图1C中表示的A-A线截取的水平剖视图。如图1D所示，处理气体流过的通道119B绕着电介质上板105的外周以基本上均匀的方式定位，使得绕着电介质上板105的外周以基本上均匀的方式分配处理气体。另外，应当注意，图1D示出了净化气体被供应穿过多个通道115A到达电介质上板105的中央区域下方的位置处的另一实施方式。
重新参照图1A，在半导体处理系统100内进行等离子体处理操作期间，净化气体流过净化气体供应通道115，并且处理气体流过处理气体供应通道119。将被限定为成组的电介质升降销111的电介质支承体限定为将工件109定位在靠近并且基本上平行于电介质上板105的位置处，使得当工件109处于成组的电介质升降销111上时，使净化气体在电介质上板105与工件109的顶面之间从净化气体供应通道115流过工件109的顶面，以便防止处理气体流过工件109的顶面并且使处理气体绕着工件109的外缘并且在工件109的下方流入下电极板103与工件109的底面之间的区域中。
在电介质上板105的外周流出的净化气体防止处理气体和等离子体102的任何反应成分进入工件109顶面上方的区域。处理气体绕过工件109以及在工件109下方流动，并且其通过电气连接件127输送到达下电极板103的射频功率转化成等离子体102。等离子体102暴露于工件109的外缘和工件109的底面，以便与工件109的这些区域的不期望有的材料发生反应并且从工件109的这些区域去除这些不期望有的材料。处理气体、净化气体和等离子体102的反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。
应当理解，通过使用等离子体耐蚀材料并且/或者通过使用例如Y2O3或其他陶瓷涂层等保护涂层，可以按照需要保护系统100的暴露于等离子体102的反应成分的各种组件。另外，在一些实施方式中，例如下电极组件104之类的结构可以被薄石英板覆盖，同时确保从下电极板103到等离子体102的射频功率输送不会受到该薄石英板的干扰。
在使用系统100进行等离子体处理操作期间，工件109底面的材料蚀刻速率部分取决于施加给处理气体的射频功率以及室101内的处理气体的压力。更具体地讲，射频功率越高，工件109底面的材料腐蚀速率越快，反之亦然。并且，室101内的处理气体的压力越低，工件109底面的材料腐蚀速率越快，反之亦然。另外，在室101内的低压处理气体中，工件109底面的材料腐蚀速率得到提高。
在各种实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约100瓦(W)至约10千瓦(kW)的范围内变化。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约1kW至约3kW的范围内变化。在各种实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约2兆瓦(MHz)至约60MHz的范围内变化。在一些实施方式中，直流电(DC)功率也可以施加在下电极板103上。另外，在一些实施方式中，可以在同一时间亦或不同时间，例如，以循环方式，将多频率的射频功率供应到下电极板103。
在一些实施方式中，室内部的处理气体的压力被控制在约50毫托(mT)至约10托(T)的范围内变化。在一些实施方式中，室内部的处理气体的压力被控制在高达约2T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到等离子体102产生体积空间(volume)，流速在约0.1标准升每分钟(slm)至约5slm的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到等离子体102产生体积空间，流速在约1slm至约5slm的范围内。
图1E示出了根据本发明的一个实施方式的被限定用于使用远程等离子体源184的图1A的半导体处理系统100的变型。远程等离子体源184被限定用于在室101外部产生等离子体102的反应成分，并且通过导管180使等离子体102的反应成分流到工件109下方的区域，如箭头182所示。同样在此实施方式中，从射频电源123供应射频功率到外基板136，如电气连接件127A所示，以便在工件109的外缘附近的区域中产生更多的等离子体102的反应成分。在此实施方式中，应当理解，外基板136的射频供电部分与参考地电位138电绝缘。
在各种实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约1kW至约10kW的范围内变化。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约5kW至约8kW的范围内变化。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率的频率在约2MHz至约60MHz的范围内变化。在一些实施方式中，直流电(DC)功率也可以供应到下电极板104。另外，在一些实施方式中，可以在同一时间亦或不同时间，例如，以循环方式，将多频率的射频功率供应到外基板136。
另外，在此实施方式中，应当理解，净化气体从净化气体供应通道115在电介质上板105与工件109的顶面之间流过工件109的顶面，以便防止等离子体102的反应成分流到工件109的顶面上方并且与其发生反应。处理气体、净化气体和等离子体102的反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为使用射频功率、微波功率或他们的组合产生等离子体102的反应成分。另外，在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为电容耦合等离子体源亦或电感耦合等离子体源。
在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约0.1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184，流速在约0.1slm至约5slm的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184，流速在约1slm至约5slm的范围内。
图1F示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统100，其配置为使工件109下降以停靠在下电极组件104上，以便对工件109的外缘进行等离子体处理。在此实施方式中，净化气体流过净化气体供应通道115，并且处理气体流过处理气体供应通道119。成组的电介质升降销111完全收缩，使得工件109在靠近并且基本上平行于电介质上板105的位置处停靠在下电极组件104上，使得净化气体在电介质上板105与工件109的顶面之间从净化气体供应通道115流过工件109的顶面，以便防止处理气体流过工件109的顶面并且使处理气体绕着工件109的外缘流动。
在电介质上板105的外周流出的净化气体防止处理气体和等离子体102A的任何反应成分进入工件109顶面上方的区域。处理气体绕着工件109的外缘流动，并且通过电气连接件127输送而到达下电极板103的射频功率将其转化成等离子体102A。等离子体102A暴露于工件109的外缘，以便与不期望有的材料发生反应并且从工件109的这些区域去除这些不期望有的材料。处理气体、净化气体和等离子体102A的反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。
图示2A示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统200。正如图1A的系统100，系统200包括室101、上电极组件108和下电极组件104。上电极组件108包括电介质上板105和上电极板107。上电极板107电性连接至参考地电位128，如电气连接件129所示。净化气体供应通道115从净化气体供应源117延伸穿过上电极组件108以用于在电介质上板105下方的中央位置处供应净化气体。处理气体供应通道119从处理气体供应源121延伸穿过上电极组件108以用于在工件109的外周边缘供应处理气体。
下电极组件104包括由内基板135支撑的下电极板103，该内基板135由外基板136支撑。下电极板103被电性连接上以通过匹配电路125和电气连接件127接收来自射频电源123的射频功率。外基板136是由导电材料形成的并且电性连接至参考地电位137。内基板135是由电介质材料形成的以便使射频供电的下电极板103与接地的外基板136电绝缘。
系统200还可以包括成组的升降销111A，用于在工件109移位期间在室101内运送工件109并且从室101移出工件。然而，与系统100中的成组的电介质升降销111不同，系统200中的成组的升降销111A并不是用作在等离子体处理操作期间在室101内支撑工件109的电介质支承体。相反，系统200包括用作工件109的电介质支承体的电介质边缘环201。电介质边缘环201由电介质材料形成并且具有环形形状，电介质边缘环201的上表面被限定用于接触并且支撑工件109的底面的外周区域。
图2B示出了根据本发明的一个实施方式的沿着图2A中表示的B-B线截取的水平剖视图。如图2B所示，电介质边缘环201具有环形形状，以便限制将在下电极板103的顶面与工件109的底面之间的区域中产生的等离子体203。这样，电介质边缘环201被限定为等离子体禁区(PEZ)环。
重新参照图2A，电介质边缘环201被限定为以可控的方式延伸到下电极板103与电介质上板105之间的区域140中，以便当工件109位于电介质边缘环201上时控制工件109的顶面与电介质上板105之间的距离112。电介质边缘环201延伸到下电极板103与电介质上板105之间的区域140中，这样也在工件109下方以及下电极板103上方形成等离子体产生体积空间，使得工件109的底面可以暴露于用等离子体产生体积空间产生的等离子体203。因此，电介质边缘环201还用于将等离子体203限制于工件109下方的等离子体产生体积空间。应当理解，在一些实施方式中，电介质边缘环201相对于下电极板103的位置是可调的，从而提供对工件109与下电极板103之间的等离子体处理体积空间的大小的调节。
电介质边缘环201包括通气口205，该通气口205被限定成当工件109处于电介质边缘环201上时允许从处理气体供应通道119流出的处理气体流到下电极板103与工件109的底面之间的区域。图2C示出了一实施方式，其中电介质边缘环201被限定为由形成通气口205的空间彼此间隔开的一堆环状圆环201A。在此实施方式中，环状圆环201A可以通过结构构件204保持为彼此间隔开的关系，该结构构件204在绕着环状圆环201A的圆周的多个位置处连接到多个环状圆环201A上。另外，在一些实施方式中，这些结构构件204可以被限定成以固定的空间配置保持环状圆环201A。并且，在一些实施方式中，这些结构构件204可以被限定成提供用于环状圆环201A的空间配置彼此相对的受控变化，使得可以调节形成通气孔205的多个环状圆环201A之间的间距的大小。
应当理解，图2C的电介质边缘环201的实施方式是多个可行的电介质边缘环201的实施方式之一。例如，在其他实施方式中，电介质边缘环201可以是包括呈径向取向的通道的单个整体结构，这些通道用于工件109下方的等离子体处理体积空间的通气。然而，抛开特定的实施方式，应当理解，电介质边缘环201是由电介质材料形成的，具有被限定成在工件109的底面的径向外周支撑工件109的顶面，并且包括通孔、通气口或其他类型的通道，使得电介质边缘环201用作处理气体以及从工件109下方的等离子体处理体积空间出来的等离子体处理副产物材料的挡板。
在通过处理气体供应通道119供应处理气体期间，可以关闭排气装置131使得处理气体会穿过电介质边缘环201的通气口205扩散到工件109下方的等离子体产生体积空间中。然后，可以通过净化气体供应通道115供应净化气体以扫除工件109上方的间隙113中的处理气体。可以通过匹配电路125和电气连接件127从射频电源123供应射频功率到下电极板103，以便将工件109下方的等离子体产生体积空间内的处理气体转化成等离子体203，由此等离子体203的反应成分与工件109的底面互相反应以从工件109去除不期望有的材料。然后，可以开启排气装置131以抽出室101内的净化气体和等离子体处理副产物材料两者，并且从工件109下方的等离子体产生体积空间抽出处理气体和等离子体处理副产物材料，使其穿过电介质边缘环201的通气口205达到排气口133，如箭头139所示。另外，在一些实施方式中，在供应射频功率以产生等离子体203期间可以开启排气装置131，从而用于在等离子体处理操作期间抽出处理气体、净化气体和等离子体处理副产物材料。
应当理解，通过使用等离子体耐蚀材料并且/或者通过使用例如Y2O3或其他陶瓷涂层之类的保护涂层，可以按照需要保护系统200的各种组件的暴露于等离子体203的反应成分的任何部分。另外，在一些实施方式中，例如下电极组件104之类的结构可以被薄石英板覆盖，同时确保从下电极板103到等离子体203的射频功率输送不会受到该薄石英板的干扰。
在使用系统200进行等离子体处理操作期间，工件109底面的材料蚀刻速率部分取决于施加给处理气体的射频功率以及室101内的处理气体的压力。更具体地讲，射频功率越高，工件109底面的材料蚀刻速率越快，反之亦然。并且，室101内的处理气体的压力越低，工件109底面的材料蚀刻速率越快，反之亦然。另外，在室101内的低压处理气体中，工件109底面的材料腐蚀速率的均匀性得到提高。
在各种实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约100W至约10kW的范围内。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约1kW至约3kW的范围内。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率的频率在约2MHz至约60MHz的范围内。在一些实施方式中，直流电(DC)功率也可以施加在下电极板103上。另外，在一些实施方式中，可以在同一时间亦或不同时间，例如，以循环方式，将多频率的射频功率供应到下电极板103。
在一些实施方式中，室内部的处理气体的压力被控制在约50mT至约10T的范围内。在一些实施方式中，室内部的处理气体的压力被控制在高达约2T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到等离子体102产生体积空间，流速在约0.1slm至约5slm的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到等离子体102产生体积空间，流速在约1slm至约5slm的范围内。
图2D示出了根据本发明的一个实施方式的被限定用于使用远程等离子体源184的图2A的半导体处理系统200的变型。远程等离子体源184被限定用于在室101外部产生等离子体203的反应成分，并且通过导管180使等离子体203的反应成分流到工件109下方的区域，如箭头182所示。
处理气体、净化气体和等离子体203反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为使用射频功率、微波功率或它们的组合产生等离子体203的反应成分。另外，在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为电容耦合等离子体源亦或电感耦合等离子体源。
在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约0.1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184的流速在约0.1slm至约5slm的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184的流速在约1slm至约5slm的范围内。
图2E示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统200，其配置为使工件109下降以停靠在下电极组件104上，以便对工件109的外缘进行等离子体处理。在此实施方式中，净化气体流过净化气体供应通道115，并且处理气体流过处理气体供应通道119。电介质边缘环201完全收缩，使得工件109在靠近并且基本上平行于电介质上板105的位置处停靠在下电极组件104上，使得净化气体在电介质上板105与工件109的顶面之间从净化气体供应通道115流过工件109的顶面，以便防止处理气体流过工件109的顶面并且使处理气体绕着工件109的外缘流动。
在电介质上板105的外周流出的净化气体防止处理气体和等离子体203A的任何反应成分进入工件109顶面上方的区域。处理气体绕着工件109的外缘流动，并且其通过电气连接件127输送到达下电极板103的射频功率而转化成等离子体203A。等离子体203A暴露于工件109的外缘，以便与不期望有的材料发生反应并且从工件109的这些区域去除这些不期望有的材料。处理气体、净化气体和等离子体203A反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统300。系统300包括室101、上电极组件306，该上电极组件306包括电介质上板105A和上电极板107。上电极板107电性连接至参考地电位128，如电气连接件129所示。净化气体供应通道115从净化气体供应源117延伸穿过上电极组件306以用于在电介质上板105A下方的中央位置处供应净化气体。
系统300还包括下电极组件304，该下电极组件304包括下喷头电极板301，该下喷头电极板301具有用于将处理气体转化成等离子体302的内部区域303。下喷头电极板301包括从下喷头板301的上表面延伸到内部区域303的多个通气口305。下喷头电极板301由内基板135支撑，该内基板由外基板136支撑。下喷头电极板301被电连接上以通过匹配电路125和电气连接件127从射频电源123接收射频功率。外基板136是由导电材料形成的并且电性连接至参考地电位137。内基板135是由电介质材料形成的以便使射频供电的下喷头电极板301与接地的外基板136电绝缘。应当认识到，下喷头电极板301用作处理气体分配板和射频输送电极两者。
处理气体供应通道307形成为穿过下电极组件304，以从处理气体供应源311供应处理气体到下喷头电极板301的内部区域303，如箭头309所示。被供应到下喷头电极板301的射频功率用于在下喷头电极板301的内部区域303中将处理气体转化成等离子体302。
鉴于上述，电介质上板105A代表被定位成平行于下喷头电极板301并与其间隔开的第一上板，其中第一上板是由电介质材料形成的。并且，上电极板107代表被定位成邻近第一上板的第二上板，使得第一上板位于下喷头电极板301与第二上板之间，其中第二上板电性连接至参考地电位128。
系统300还可以包括成组的升降销111A，用于在工件109移位期间在室101内运送工件109并且从室101移出工件109。然而，与系统100中的成组的电介质升降销111不同，系统300中的成组的升降销111A并不是用作在等离子体处理操作期间在室101内支撑工件109的电介质支承体。相反，与系统200相同，系统300包括用作工件109的电介质支承体的电介质边缘环201。
如上所述，电介质边缘环201由电介质材料形成并且具有环形形状，其上表面被限定用于接触并且支撑工件109的底面的外周区域，并且以电绝缘的方式将工件109支撑在下喷头电极板301的上表面与电介质上板105A(即，第一上板)的下表面之间的区域340中。另外，如上所述，电介质边缘环201包括通气口205，该通气口205被限定成允许处理气体以及来自工件109下方的区域的等离子体处理副产物材料流动。应当理解，电介质边缘环201是由电介质材料形成的，具有被限定成在工件109的底面的径向外周支撑工件109的顶面，并且包括通孔、通气口或其他类型的通道，使得电介质边缘环201用作处理气体以及来自工件109下方的区域的等离子体处理副产物材料的挡板。
在系统300中，电介质边缘环201被限定为以可控的方式延伸到下喷头电极板301与电介质上板105A之间的区域340中，以便当工件109位于电介质边缘环201上时控制工件109的顶面与电介质上板105之间的距离112。电介质边缘环201被限定为将工件109定位成邻近且基本上平行于电介质上板105A(第一上板)，使得当工件109存在于电介质边缘环201上时，使净化气体通过电介质上板105A(第一上板)的下表面与工件109的顶面之间的间隙113从净化气体供应通道115流过工件109的顶面，以便防止等离子体302的反应成分到达工件109的顶面。
电介质边缘环201延伸到下喷头电极板301与电介质上板105A之间的区域340中同样在工件109下方以及下喷头电极板301上方形成等离子体产生体积空间，使得工件109的底面可以暴露于用等离子体产生体积空间产生的等离子体302。因此，电介质边缘环201还用于将等离子体302限制于工件109下方的等离子体产生体积空间。应当理解，在一些实施方式中，电介质边缘环201相对于下喷头电极板301的位置是可调的，从而提供来用于调节工件109与下喷头电极板301之间的等离子体处理体积空间的大小。
在系统300工作以进行等离子体处理操作期间，通过净化气体供应通道115从净化气体供应源117供应净化气体以流过工件109的顶面，从而防止等离子体302的反应成分到达工件109的顶面。另外。当通过匹配电路125和电气连接件127从射频电源123供应射频功率到下喷头电极板301时，通过处理气体供应通道307从处理气体供应311供应处理气体到下喷头电极板301的内部区域303。射频功率将下喷头电极板301的内部区域303中的处理气体转化成等离子体302，由此等离子体302的反应成分与工件109的底面互相反应以从工件109去除不期望有的材料。操作排气装置131以抽出室101内的净化气体和等离子体处理副产物材料两者，并且从工件109下方的等离子体产生体积空间抽出处理气体和等离子体处理副产物材料，使其穿过电介质边缘环201的通气口205达到排气口133，如箭头139所示。
应当理解，通过使用等离子体耐蚀材料并且/或者通过使用例如Y2O3或其他陶瓷涂层之类的保护涂层，可以按照需要保护系统300的各种组件的暴露于等离子体302的反应成分的任何部分。另外，在一些实施方式中，例如下喷头电极板301之类的结构可以被薄石英板覆盖
在使用系统300进行等离子体处理操作期间，工件109底面的材料蚀刻速率部分取决于施加给处理气体的射频功率以及室101内的处理气体的压力。更具体地讲，射频功率越高，工件109底面的材料蚀刻速率越快，反之亦然。并且，室101内的处理气体的压力越低，工件109底面的材料蚀刻速率越快，反之亦然。另外，在室101内的低压处理气体中，工件109底面的材料腐蚀速率的均匀性得到改善。
在各种实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约100W至约10kW的范围内。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率在约1kW至约3kW的范围内。在一些实施方式中，由射频电源123供应的射频功率的频率在约2MHz至约60MHz的范围内变化。在一些实施方式中，直流电(DC)功率也可以施加在下电极板103上。另外，在一些实施方式中，可以在同一时间亦或不同时间，例如，以循环方式，将多频率的射频功率供应到下电极板103。
在一些实施方式中，室内部的处理气体的压力被控制在约50mT至约10T的范围内。在一些实施方式中，室内部的处理气体的压力被控制在高达约2T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到等离子体102产生体积空间，流速在约0.1slm至约5slm的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到等离子体102产生体积空间，流速在约1slm至约5slm的范围内。
图3B示出了根据本发明的一个实施方式的被限定用于使用远程等离子体源184的图3A的半导体处理系统300的变型。远程等离子体源184被限定用于在室101外部产生等离子体302的反应成分，并且通过导管180使等离子体302的反应成分流到下喷头电极板301的内部区域303，如箭头182所示，并且最终到达工件109下方的区域。
处理气体、净化气体和等离子体302反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为使用射频功率、微波功率或他们的组合产生等离子体302的反应成分。另外，在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为电容耦合等离子体源亦或电感耦合等离子体源。
在各种实施方式中，在约1kW至约10kW的范围内变化的射频功率用于在远程等离子体源184中产生等离子体302。在一些实施方式中，在约5kW至约8kW的范围内的射频功率用于在远程等离子体源184中产生等离子体302。在一些实施方式中，在约2MHz至约60MHz的频率范围内的射频功率用于在远程等离子体源184中产生等离子体302。在一些实施方式中，直流电(DC)功率也可以施加在下喷头电极板301上。另外，在一些实施方式中，多频率的射频功率可以在同一时间亦或不同时间，例如，以循环方式，用于在远程等离子体源184内产生等离子体302。
在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约0.1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184的流速在约0.1slm至约5slm的范围内变化。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184的流速在约1slm至约5slm的范围内变化。
图3C示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统300，其配置为使工件109下降以停靠在下电极组件304上以便对工件109的外缘进行等离子体处理。在此实施方式中，净化气体流过净化气体供应通道115，并且处理气体流过处理气体供应通道119。电介质边缘环201完全收缩，使得工件109在靠近并且基本上平行于电介质上板105A的位置处停靠在下电极组件304上，使得净化气体在电介质上板105与工件109的顶面之间从净化气体供应通道115流过工件109的顶面，以便防止处理气体流过工件109的顶面并且使处理气体绕着工件109的外缘流动。
在电介质上板105A的外周流出的净化气体防止处理气体和等离子体302A的任何反应成分进入工件109顶面上方的区域。处理气体绕着工件109的外缘流动，并且其通过电气连接件127输送到达下喷头电极板301的射频功率而转化成等离子体302A。等离子体302A暴露于工件109的外缘，以便与工件109的这些区域的不期望有的材料发生反应并且从工件109的这些区域去除这些不期望有的材料。处理气体、净化气体和等离子体302A反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统400，该系统是图3A描述的系统300的变型。具体地讲，图4的系统400与图3A的系统300相同，不同之处在于电介质上板105A被替换为由导电材料形成的导电上板105B。图4的系统400的所有其他特征与上述图3A的系统300的所有其他特征相同。导电上板105B电性连接至参考地电位128。因此，在系统400中，工件109通过与其邻近的导电上板105B电容性耦接至参考地电位。
图5A和图5B示出了根据本发明的一个实施方式的半导体处理系统500，这两个系统也是上述图3A的的系统300的变型。具体地讲，图5A和图5B的系统500与图3A的系统300相同，不同之处在于上电极组件306被替换为可配置的上电极组件510，并且设有上处理气体供应源501。图5A和图5B的系统500的其他特征与上述图3A的系统300的所有其他特征相同。
在系统500中，可配置的上电极组件510包括导电的内部电极板505、电介质构件503和上电极板107。电介质构件503用于使导电的内部电极板505与上电极板107电绝缘。上电极板107通过电气连接件129电性连接至参考地电位128。导电的内部电极板505通过电气连接件507电性连接至开关509，并且开关509继而电性连接至参考地电位512。这样，开关509用于控制导电的内部电极板505到参考地电位512的电气连接。
另外，系统500包括形成为穿过可配置的上电极组件510的处理气体供应通道119，类似于参照图1A的系统100所述的处理气体供应通道119形成为穿过上电极组件108。处理气体供应通道119流体连接至包括处理气体的上处理气体供应501。处理气体被限定为在暴露于射频功率时转化成等离子体302。处理气体供应通道119形成为当工件存在于电介质边缘环201上时供应处理气体到工件109外周附近的位置。阀门502被设置以控制通过处理气体供应通道119供应的处理气体的气流，使得来自上处理气体供应源501的处理气体的气流可以当进行工件109的背侧等离子体清洁时关闭，并且当进行工件109的斜边等离子体清洁时开启。
图5A示出了处于对工件109进行背侧等离子体清洁的配置状态的系统500。在此配置中，电介质边缘环201升高以在工件109下方形成等离子体处理体积空间，并且从下处理气体供应源311供应处理气体到下喷头电极板301的内部区域303以在工件109下方产生等离子体302。另外，在此配置中，阀门502关闭以切断来自上处理气体供应源501的处理气体的气流。在此配置中，从净化气体供应源117供应净化气体到可配置的上电极组件510与工件109之间的间隙113，以便防止等离子体302的反应成分到达工件109的顶面。另外，在此配置中，开关509被设置成使导电的内部电极板505电性连接至参考地电位512。这样，工件109通过导电的内部电极板505电容性耦接至参考地电位512。在其他方面，使用系统500对工件109进行背侧等离子体清洁与参照图3A的系统300所述的内容基本上相同.
图5B示出了处于对工件109进行斜边等离子体清洁的配置状态的系统500B。在此配置中,电介质边缘环201完全下降使得工件直接停靠在下喷头电极板301上。另外，在此配置中，下电极组件304和可配置的上电极组件51相互朝着对方运动使得工件109的顶面邻近可配置的上电极组件510，以便形成间隙113。在此配置中，阀门502开启以便接通从上处理气体供应501到工件109的外周区域的处理气体的气流。另外，在此配置中，从净化气体供应源117供应净化气体到可配置的上电极组件510与工件109之间的间隙113，以便防止等离子体513的反应成分到达工件109的顶面。
另外，在图5B的配置中，从射频电源123供应射频功率到下喷头电极板301。射频功率通过从下喷头电极板301延伸到接地的外基板136和接地的上电极板107两者的传输路径传播，从而使供应到工件109的外周区域的处理气体转化成等离子体513。随着上述转化，净化气体从净化气体供应通道115位于中央的分配位置穿过间隙113朝着工件109的外周径向向外流动，从而防止等离子体513的反应成分进入间隙113进而防止其与工件109的顶面相互反应。另外，应当理解，在图5B的配置中，没有处理气体从下处理气体供应源311供应到下喷头电极板301的内部区域303。
另外，在图5B的配置中，开关509被设置成使导电的内部电极板505与参考地电位512电性断开，从而使导电的内部电极板505具有浮动电位。这样，工件109没有电容耦接至参考地电位512以便防止由于射频供电的下喷头电极板301更接近可配置的上电极组件510而在间隙113内产生电弧放电或其他不期望的现象。另外，在图5B的配置中，操作排气装置131以从工件109的外周区域抽走处理气体、净化气体和等离子体处理副产物材料，其中等离子体513输送到排气口133，如箭头139所示。
图5C示出了根据本发明的一个实施方式的被限定成使用远程等离子体源184的图5A的半导体处理系统500的变型。远程等离子体源184被限定用于在室101外部产生等离子体302的反应成分，并且通过导管180使等离子体302的反应成分流到下喷头电极板301的内部区域303，如箭头182所示，并且最终达到工件109下方的区域。
处理气体、净化气体和等离子体302的反应副产物材料由排气装置131通过端口133从室101抽出，如箭头139所示。在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为使用射频功率、微波功率或他们的组合产生等离子体302的反应成分。另外，在各种实施方式中，远程等离子体源184被限定为电容耦合等离子体源亦或电感耦合等离子体源。
在各种实施方式中，在约1kW至约10kW的范围内的射频功率用于在远程等离子体源184内产生等离子体302。在一些实施方式中，在约5kW至约8kW的范围内的射频功率用于在远程等离子体源184内产生等离子体302。在一些实施方式中，频率在约2MHz至约60MHz的范围内的射频功率用于在远程等离子体源184中产生等离子体302。在一些实施方式中，直流电(DC)功率也可以施加在下喷头电极板301上。另外，在一些实施方式中，多频率的射频功率可以在同一时间亦或不同时间，例如，以循环方式，用于在远程等离子体源184内产生等离子体302。
在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约0.1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，远程等离子体源184内的处理气体的压力被控制在约1T至约10T的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184的流速在约0.1slm至约5slm的范围内。在一些实施方式中，处理气体供应到远程等离子体源184的流速在约1slm至约5slm的范围内。
图6示出了根据本发明的一个实施方式的用于对工件的底面进行等离子体清洁的方法的流程图。所述方法包括用于将工件的底面定位在电介质支承体上的操作601，该电介质支承体601被限定成以电绝缘的方式将工件支撑在下电极板的上表面与电介质上板的下表面之间的区域中，而上电极板定位成邻近电介质上板的上表面。下电极板被连接上以接收射频功率。上电极板电性连接至参考地电位。所述方法还包括操作603，以定位电介质支承体使得工件的顶面与电介质上板的下表面间隔窄间隙，并且使得在工件的底面与下电极板的上表面之间存在开口区域。
所述方法还包括操作605，以使净化气体流到工件的顶面与电介质上板的下表面之间的窄间隙内的中央位置处，使得净化气体在远离中央位置的方向上朝着工件的外周流过窄间隙。所述方法还包括操作607，以使处理气体流到位于窄间隙外面的工件的外周区域，由此处理气体流入工件的底面与下电极板的上表面之间的区域中。应当理解，净化气体在远离中央位置的方向上通过窄间隙朝着工件的外周的气流防止处理气体流入窄间隙中并且防止处理气体流过工件顶面。
所述方法还包括操作609，以供应射频功率到下电极板，以便绕着工件的外周区域以及在工件的底面与下电极板的上表面之间的区域中使处理气体转化成等离子体。所述方法还包括从下电极板的上表面上方的区域排出气体的操作，以便从工件清除等离子体蚀刻副产物材料。
在所述方法的一个实施方式中，电介质支承体被限定为成组的电介质升降销，成组的电介质升降销延伸穿过下电极板，从而以电绝缘的方式将工件支撑在下电极板的上表面与电介质上板的下表面之间的区域中。在此实施方式中，通过朝着电介质上板的下表面移动成组的电介质升降销来实施在操作603中定位电介质支承体使得工件的顶面与电介质上板的下表面间隔窄间隙。
在所述方法的另一个实施方式中，电介质支承体被限定为具有环形形状的电介质边缘环，其上表面被限定成接触并支撑工件底面的外周区域。电介质边缘环包括通气孔，该通气孔被限定成允许处理气体流入工件的底面与下电极板的上表面之间的区域中并且允许用于从下电极板的上表面上方的区域排出气体。
图7示出了根据本发明的一个实施方式的用于对工件的底面进行等离子体清洁的方法的流程图。所述方法包括操作701，以将工件定位在具有环形形状的电介质边缘环上，该电介质边缘环的上表面被限定成接触并支撑工件底面的外周区域。电介质边缘环被限定成以电绝缘的方式将工件支撑在下喷头电极板的上表面与第一上板的下表面之间的区域中。第二上板定位成邻近第一上板的上表面。下喷头电极板被连接上以接收射频功率。第二上板电性连接至参考地电位。
所述方法还包括操作703，以定位电介质边缘环使得工件的顶面与第一上板的下表面间隔窄间隙，并且使得在位于电介质边缘环内的工件的底面与下喷头电极板的上表面之间存在开口区域。所述方法还包括操作705，以使净化气体流到窄间隙内的中央位置处，使得净化气体在远离中央位置的方向上朝着工件的外周流过窄间隙。所述方法还包括操作707，以使处理气体流到下喷头电极板的内部区域。
所述方法还包括操作709，以供应射频功率到下喷头电极板，以便在下喷头电极板的内部区域中使处理气体转化成等离子体，由此等离子体的反应成分从下喷头电极板的内部区域通过通气口流入位于电介质边缘环内侧的工件的底面与下喷头电极板的上表面之间的开口区域中。所述方法还可以包括用于从位于电介质边缘环内侧的工件的底面与下喷头电极板的上表面之间的开口区域通过被限定在电介质边缘环中的通气口排出气体的操作。
图8示出了根据本发明的一个实施方式的用于在共同的(即，单个)等离子体处理系统中对工件进行斜边半导体清洁处理和背侧清洁处理的方法的流程图。所述方法包括操作801，其中对工件进行斜边半导体清洁处理，工件的底面直接位于射频供电的下电极上，并且净化气体气流的窄间隙设置在工件的顶面上方。在操作801中，上结构构件设置在工件上方以在工件顶面上方形成让净化气体流过的窄间隙。在一个示例的实施方式中，使用由13.56MHz的射频功率产生的电容性耦合等离子体执行操作801的斜边等离子体清洁处理。然而，应当理解，在其他实施方式中，使用其他频率、功率和占空比的射频功率并且使用任何合适的处理气体可以进行斜边等离子体清洁处理。
当在操作801完成斜边等离子体清洁处理之后，进行操作803，其中工件上升到下电极上方以在工件的底面下方形成等离子体处理体积空间。另外，在操作803中，在工件顶面上方维持用于净化气体流动的窄间隙。在一个实施方式中，使用例如参照图1A所述的电介质升降销使工件上升到下电极上方。在一个实施方式中，使用例如参照图2A所述的带通气口的电介质边缘环使工件上升到下电极上方。
方法继续操作805，以供应等离子体的反应成分到工件底面下方的等离子体处理体积以实现工件底面的等离子体清洁。在一个实施方式中，操作805包括使用远程产生的等离子体来产生等离子体的反应成分，并且输送等离子体的反应成分到工件底面下方的等离子体处理体积空间。在另一个实施方式中，处理气体流到工件底面下方的等离子体处理体积空间，并且供应射频功率以在工件底面下方的等离子体处理体积空间中使处理气体转化成等离子体。在任一实施方式中，工件底面下方的等离子体处理体积空间内存在的等离子体的反应成分允许与目标薄膜或材料互相反应并且将其从工件的底面去除。另外，在操作805期间，在工件顶面上方维持净化气体的气流以防止等离子体的反应成分或任何其他的副产物材料与工件的顶面接触并与其互相反应。
应当理解，本文公开的各种半导体处理系统提供用于在单个工具，即，单个室中进行斜边等离子体清洁处理和背侧等离子体清洁处理。另外，应当理解，本文公开的背侧等离子体清洁处理特别适用于从工件的底面清除碳、光致抗蚀剂和其他与碳有关的聚合物，因为这些材料在替代形式的湿法清洁处理中难以清除。另外，应当理解，本文讨论的背侧等离子体清洁处理可以提供比替代形式的湿法清洁处理更高的清洁生产量，因为在背侧等离子体清洁处理中使用等离子体可获得更高的蚀刻速率。
尽管就几个实施方式描述了本发明，但是应当认识到本领域技术人员在阅读前述说明书和研究附图之后会认识到多种替代形式、增设、交换及其等同形式。因此，本发明的目的是包括落入本发明的真正精神和范围内的所有这些替代形式、增设、交换及其等同形式。

Claims (14)

1.一种半导体处理系统，其包括：
处理室，所述处理室包括：
下电极板；
上电极组件，所述上电极组件包括电介质上板，其设置在所述下电极板的上方并且基本上平行于所述下电极板，所述上电极组件具有形成为延伸穿过所述电介质上板的底面的气体供应通道；
成组的电介质升降销，其延伸穿过所述下电极板，以在所述下电极板和所述电介质上板之间的区域内以电隔离的方式支撑衬底，从而在所述下电极板的上表面和所述衬底的底面之间形成下处理区域,
配置为支撑所述下电极板的内基板，所述内基板由电介质材料形成；
配置为支撑和环绕所述内基板的外基板；
导管，所述导管被配置为延伸到所述室中至所述下处理区域；以及
远程等离子体源，所述远程等离子体源被配置为在所述室外部产生等离子体的反应成分并且使所述等离子体的反应成分通过所述导管流动到所述下处理区域，
其中所述外基板连接为从射频电源接收射频功率以在所述衬底边缘附近的区域中产生更多的等离子体的反应成分。
2.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用射频功率来产生所述等离子体的反应成分。
3.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述射频功率在约1千瓦至约10千瓦的范围内。
4.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述射频功率在约5千瓦至约8千瓦的范围内。
5.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，使用在约2兆赫兹至约60兆赫兹范围内的一个或多个射频信号来产生所述射频功率。
6.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用微波功率来产生所述等离子体的反应成分。
7.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用射频功率和微波功率的组合来产生所述等离子体的反应成分。
8.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为电容耦合等离子体源。
9.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为电感耦合等离子体源。
10.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述远程等离子体源被配置为使用处理气体来产生所述等离子体的反应成分，所述处理气体以约0.1标准升每分钟至约5标准升每分钟的范围内的流速和约0.1托至约10托的范围内的压力来供应。
11.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其还包括：
连接用于向所述下电极板供应射频信号的射频电源。
12.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述上电极组件包括上电极板，其中，所述电介质上板位于所述上电极板与所述下电极板之间。
13.一种用于对衬底进行等离子体清洁的方法，其包括：
将衬底定位在处理室内的成组的电介质升降销上，所述成组的电介质升降销延伸穿过下电极板，以在所述下电极板和电介质上板之间的区域内以电隔离的方式支撑衬底，从而在所述下电极板的上表面和所述衬底的底面之间形成下处理区域；
在所述室外部的远程等离子体源内产生等离子体的反应成分；
使所述等离子体的反应成分通过导管流到所述下处理区域；以及
供应射频电源到外基板，所述外基板配置为支撑和围绕内基板，所述内基板由电介质材料形成并配置为支撑所述下电极，其中供应到所述外基板的射频电源在所述衬底的边缘附近的区域产生更多的等离子体的反应成分。
14.根据权利要求13所述的用于对衬底进行等离子体清洁的方法，其还包括：
使处理气体流到所述衬底的外周区域；
使净化气体流过所述上电极组件的中央位置到所述衬底的顶表面的中央位置，所述净化气体防止所述处理气体流向所述衬底的顶表面的中央位置；以及
向所述下电极板供应射频功率，所述射频功率将所述处理气体转化成暴露于所述衬底的外周区域的第二等离子体。
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