CN116114047A - 在不影响c形护罩的机械强度或使用寿命的情况下为等离子体均匀性进行c形护罩修改 - Google Patents

Abstract

一种用于等离子体处理室的约束环包括上部水平区段、竖直区段和下部水平区段。上部水平区段在约束环的上部内半径和外半径之间延伸，下部水平区段在约束环的下部内半径和外半径之间延伸，并且包括延伸到下部内半径的延伸区段。下部水平区段的顶表面提供向下朝向下部内半径的角度。竖直区段设置在约束环的外半径和内侧半径之间。竖直区段将约束环的上部水平区段连接到下部水平区段。

Description

在不影响C形护罩的机械强度或使用寿命的情况下为等离子体均匀性进行C形护罩修改

技术领域

本发明涉及一种用于半导体工艺模块的约束环。

背景技术

在半导体处理中，衬底经历各种操作以形成限定集成电路的特征。例如，对于沉积操作，衬底被接收到处理室中，并且根据要形成的特征的类型，特定类型的反应气体被供应到室，并且射频功率被施加以产生等离子体。衬底被接收在限定在下电极上的衬底支撑件(例如静电卡盘)上。上电极，例如喷头，用于将特定类型的反应气体提供到处理室中。通过相应的匹配网络将射频功率施加到反应气体以产生等离子体，该等离子体用于在衬底的表面上选择性地沉积离子以形成微观特征。反应气体产生副产物，例如微粒和气体等，这些副产物需要迅速从等离子体室中去除，以保持形成在衬底表面上的微观特征的完整性。

为了将产生的等离子体约束在工艺区域内，成组的约束环被限定为围绕工艺区域。此外，为了提高产量并确保大部分等离子体位于接收到的用于处理的衬底上，围绕等离子体区域的约束环可以被设计成延伸处理区域以便不仅覆盖衬底上方的区域而且还覆盖被设置为围绕在衬底(当其被接收用于处理时)的边缘环以及被设置为与边缘环相邻的外部约束环上方的区域。该组约束环不仅用于将等离子体约束在工艺区域内，而且还用于保护处理室的内部结构，包括保护室壁。

形成在衬底的表面上的特征的完整性依赖于工艺区域中均匀的等离子体密度。可以通过调整约束环(例如C型护罩)的形状来增加工艺区域的容积，从而调节等离子体均匀性。然而，例如，为了增加约束环中容积的大小而对约束环的形状或设计进行的任何更改可能需要对处理室内使用的硬件进行重大更改，例如处理室隔板、配套硬件等等)。替代地，改变约束环的设计可能会导致机械强度受损，或缩短约束环的使用寿命。

正是在这种情况下，提出本发明的实施方案。

发明内容

本发明的各种实施方案限定了在等离子体处理室中使用的用于将等离子体约束在等离子体区域内的约束环的设计。约束环被限定为包括在外半径和上部内半径之间延伸的上部水平区段、在外半径和下部内半径之间延伸的下部水平区段以及限定在外半径处的在上部水平区段的底表面和下部水平区段的顶表面之间延伸的竖直区段。约束环的下部水平区段的顶表面由斜坡限定，该斜坡由沿着顶表面向下朝向下部内半径提供的角度限定。斜坡导致下部水平区段的厚度不同，其中下部水平区段在约束环的内侧半径附近的厚度大于下部水平区段在下部内半径处的厚度。在一些实施方案中，下部水平区段的底表面被限定为是平坦的。替代地，除了在顶表面限定斜坡之外，还沿着下部水平区段的底表面限定第二斜坡。第二斜坡由沿着底表面向下朝向下部内半径提供的第二角度形成。底表面处的第二斜坡可以通过添加用于约束环的附加材料来限定。在一些实施方案中，沿着下部水平区段的底表面形成第二斜坡导致下部水平区段靠近内侧半径的厚度等于下部水平区段在下部内半径处的厚度。在替代实施方案中，沿着下部水平区段的底表面形成第二斜坡可导致下部水平区段靠近内侧半径的厚度不同于下部水平区段靠近下部内半径的厚度。通过包括下部水平区段的倾斜几何结构来修改约束环的形状有助于调节等离子体区域内的等离子体均匀性，而不需要重新设计等离子体处理室的其他硬件部件。此外，对下部水平区段所做的修改(例如，沿着下部水平区段的顶表面和底表面限定倾斜表面)避免了对可消耗约束环的机械强度或使用寿命的不利影响。

下部水平区段包括沿下部水平区段的长度限定的多个槽。每个槽被限定为沿着下部水平区段从内径径向延伸到外径并且垂直地在下部水平区段的顶表面和底表面之间延伸。多个槽用于去除等离子体区域内产生的副产物和中性气体物质，同时确保将等离子体最佳约束在等离子体区域中。在一些实施方案中，每个槽可被限定为包括平行槽几何形状，因为在内径处限定的内槽半径等于在外径处限定的外槽半径。在替代实施方案中，除了包括用于下部水平区段的倾斜几何形状之外，多个狭槽使用锥形槽几何形状来限定。锥形槽的几何形状是有益的，因为槽由于持续暴露于等离子体而沿槽的长度经历不同的磨损。锥形槽几何形状有助于优化管理槽之间的有限空间，同时提高约束环的使用寿命。

例如，槽的磨损在内径处比在外径处大。这种不均匀磨损可归因于与外径相反的槽内径附近的等离子体容积的变化。当磨损达到临界尺寸时，需要更换约束环以确保不会发生等离子体未约束。槽的锥形几何形状有助于解决不均匀磨损，同时延长约束环的使用寿命。锥形槽几何形状通过在内径处限定窄端和外径处限定较宽端来有效利用槽周围的区域。锥形几何形状允许槽的窄端与槽的宽端大致同时接近临界尺寸，从而导致整个槽长度在使用寿命结束时达到临界约束尺寸。锥形槽几何形状可有效利用槽周围的区域——尤其是外径处，从而延长约束环的使用寿命，同时在等离子体区域内保持最佳等离子体约束。因此，随着约束环可用于等离子体处理室中的工艺循环次数的增加，与消耗性约束环相关的成本降低。因此，通过对约束环结构(即，包括锥形槽轮廓和倾斜的下部水平区段)的修改，保持了约束环的原始预期寿命(即，约束环的寿命没有受到损害)，而不需要重新设计等离子体处理室其他硬件部件。

在一个实施方案中，公开了一种用于等离子体处理室的约束环。约束环包括上部水平区段、下部水平区段和竖直区段。上部水平区段在约束环的上部内半径和外半径之间延伸。下部水平区段在约束环的下部内半径和外半径之间延伸。下部水平区段的顶表面提供向下朝向下部内半径的角度，其中该角度限定沿顶表面的斜坡。下部水平区段包括沿下部内半径向下延伸的延伸区段。竖直区段设置在约束环的外半径和内侧半径之间。竖直区段连接约束环的上部水平区段和下部水平区段。

在一个实施方案中，下部水平区段的底表面是平坦的，使得下部水平区段靠近内半径的第一厚度大于下部水平区段在下部内半径处的第二厚度。

在一个实施方案中，第一厚度比第二厚度大约10％至约40％。

在一种实施方案中，该角度限定了沿着下部水平区段的顶面的斜率。斜率被限定为在从水平x-轴测量的约0.20°和约1°之间。

在一种实施方案中，下部水平区段的底表面向下朝向下部内半径提供第二角度。第二角度限定第二斜坡。限定在底表面上的第二斜坡的第二角度等于限定在下部水平区段的顶表面上的斜坡的角度，使得下部水平区段靠近内侧半径的第一厚度等于下部水平区段在下部内半径处限定的第二厚度。

在一个实施方案中，在上部水平区段的底表面和下部水平区段的顶表面之间靠近内侧半径限定的第一高度小于在上部水平区段的底表面和下部水平区段的顶表面之间在约束环的下部内半径处限定的第二高度。

在一种实施方案中，下部水平区段、上部水平区段和竖直区段一体地连接以限定C形结构，该C形结构被配置为约束在等离子体处理室中产生的等离子体。

在一种实施方案中，下部水平区段包括多个槽。多个槽中的每个槽沿着下部水平区段从内径径向延伸到外径。每个槽在内径处的内槽半径等于外径处的外槽半径。

在一种实施方案中，槽的内径大于由下部内半径限定的内环直径，并且槽的外径小于由约束环的外半径限定的外环直径。

在一种实施方案中，下部水平区段包括多个槽。多个槽中的每个槽沿着下部水平区段从内径径向延伸到外径。每个槽在内径处的内槽半径小于外径处的外槽半径。

在一种实施方案中，每个槽的内槽半径和外槽半径的差异限定了槽锥度，使得每个槽从外径到内径逐渐变细。影响槽锥度的内槽半径和外槽半径的尺寸被确定为在对应的槽内径和外径处的磨损率的倒数。内槽半径比外槽半径的比率介于约1:1.1和约1:1.5之间。

在一种实施方案中，约束环的上部内半径大于下部内半径。

在一种实施方案中，限定在下部水平区段中的延伸区段在下部内半径处竖直向下延伸。

在一种实施方案中，下部水平区段中限定的延伸区段由倾斜的顶部区段和竖直底部区段限定。倾斜的顶部区段在下部内半径处的下部水平区段的顶表面上限定的向下倾斜点处向下提供第三角度，并且竖直底部区段被限定成从倾斜的顶部区段的底部向下延伸。

在一个实施方案中，上部水平区段的顶表面包括多个孔。多个孔中的每个孔被配置成接收限定在上电极的底表面上的紧固装置的一部分，以用于将约束环耦合到等离子体处理室的上电极。

在一个实施方案中，下部水平区段的延伸区段被配置为搁置在射频垫圈上，该射频垫圈限定在等离子体处理室的下电极的顶表面上。

在另一个替代的实施方案中，公开了一种用于等离子体处理室的约束环。约束环包括上部水平区段、下部水平区段和竖直区段。上部水平区段在约束环的上部内半径和外半径之间延伸。下部水平区段在约束环的下部内半径和外半径之间延伸。下部水平区段的顶表面提供向下朝向下部内半径的第一角度以限定沿顶面的第一斜坡。下部水平区段的底表面提供向下朝向下部内半径的第二角度以限定沿底表面的第二斜坡。下部水平区段包括沿下部内半径向下延伸的延伸区段。竖直区段设置在约束环的外半径和内半径之间。竖直区段将约束环的上部水平区段连接到下部水平区段。

在一个实施方案中，第一斜坡的第一角度等于第二斜坡的第二角度。

在一个实施方案中，下部水平区段靠近内侧半径的第一厚度等于下部水平区段在下部内半径处的第二厚度。上部水平区段的底表面和下部水平区段的顶表面之间靠近内侧半径处限定的第一高度小于上部水平区段的底表面和下部水平区段的顶表面之间在下部内半径处限定的第二高度。

在一种实施方案中，下部水平区段包括多个槽。多个槽中的每个槽沿着下部水平区段从内径径向延伸到外径。每个槽在内径处的内槽半径等于每个槽在外径处的外槽半径。每个槽的内径大于下部内半径限定的约束环的内环直径，而槽的外径小于由外半径限定的约束环的外环直径。

在一种实施方案中，下部水平区段包括多个槽。多个槽中的每个槽沿着下部水平区段从内径径向延伸到外径。每个槽在内径处的内槽半径小于外径处的外槽半径。

在又一个替代实施方案中，公开了一种用于将等离子体约束在其中的等离子体处理室。等离子体处理室包括用于支撑衬底的下电极和设置在下电极上方的上电极。等离子体处理室包括设置在下电极和上电极之间的约束环。约束环包括上部水平区段、下部水平区段和竖直区段。上部水平区段在约束环的上部内半径和外半径之间延伸。下部水平区段在约束环的下部内半径和外半径之间延伸。下部水平区段的顶表面提供向下朝向下部内半径的角度。该角度限定了沿顶面的斜坡。下部水平区段具有沿下部内半径向下延伸的延伸区段。竖直区段设置在约束环的外半径和内侧半径之间。竖直区段连接约束环的上部水平区段和下部水平区段。

在一个实施方案中，下部水平区段的底表面向下朝向下部内半径提供第二角度。第二角限定了沿底表面的第二斜坡。沿底表面限定的第二斜坡的第二角度等于下部水平区段的顶表面限定的斜坡的角度。

在一种实施方案中，下部水平区段包括多个槽。多个槽中的每个槽被设计成沿着下部水平区段从内径径向延伸到外径。每个槽在内径处的内槽半径小于每个槽在外径处的外槽半径。

在一个实施方案中，每个槽的内径大于由约束环的下部内半径限定的内环直径，并且槽的外径小于由约束环的外径限定的外环直径。

在一种实施方案中，约束环的上部内半径大于下部内半径。

在一种实施方案中，约束环的下部水平区段、竖直区段和上部水平区段限定了连续的C形结构，以用于将等离子体约束在等离子体处理室中限定的等离子体区域。约束环由硅或多晶硅或碳化硅或碳化硼或陶瓷或铝中的一种制成。

在一种实施方案中，延伸区段与约束环的下部水平区段、竖直区段和上部水平区段是一体成型的。延伸区段被配置为在下部水平区段的底表面下方竖直延伸。

在一种实施方案中，上电极电接地并且下电极通过相应的匹配网络连接到射频电源。

附图说明

图1根据一实施方案示出了其中使用约束环的等离子体处理室的一部分的放大竖直截面图，该约束环具有沿下部水平区段的顶表面限定的锥形几何形状。

图2A根据一实施方案示出了一示例性约束环，其具有沿下部水平区段的顶表面限定的锥形几何形状。

图2B示出了图2A中示出的约束环的替代实施方案，在约束环的下部水平区段的顶表面和底表面都限定了锥形几何形状。

图2C示出了图2A中示出的约束环的替代实施方案，其中，延伸区段的顶部区段具有直线轮廓。

图3根据一种实施方案示出了当等离子体密度对应于跨越衬底表面(当存在时)的半径的氧化物覆盖层蚀刻速率时，等离子体密度变化的代表性曲线图。

图4A根据一种实施方案示出了约束环的一部分的展开图，该约束环具有沿着下部水平区段的顶表面的锥形几何形状和沿着下部水平区段限定的具有平行槽轮廓的多个槽。

图4B示出了图4A中示出的约束环的替代实现方案，其中沿着下部水平区段的顶表面和底表面具有锥形几何形状，并且沿着约束环的下部水平区段限定具有锥形几何形状的多个槽。

图5A根据一种实现方案示出了沿约束环的下部水平区段限定的槽的锥形几何形状的展开图。

图5B根据一种实施方案示出了具有锥形几何形状的槽的起始轮廓和在约束环的寿命结束时的槽磨损轮廓的展开图。

图6是根据一种实施方案的约束环的顶部透视图。

具体实施方式

在本文所述的各种实现方案中，用于等离子体处理室的约束环被设计成提高约束环的使用寿命，同时确保在等离子体处理室中限定的等离子体区域内的最佳等离子体约束。用于等离子体处理室的约束环包括上部水平区段、竖直区段和下部水平区段。上部水平区段被限定为从外半径延伸到上部内半径，并且上部水平区段的顶表面和底表面被限定为平坦的。下部水平区段被限定为从外半径延伸到下部内半径。竖直区段设置在约束环的外半径和内侧半径之间并且连接约束环的上部水平区段和下部水平区段。下部水平区段的顶表面包括锥形几何形状以限定向下朝向下部内半径倾斜的斜坡。在顶表面限定的斜坡导致约束环靠近内侧半径的下部水平区段和下部内半径的厚度的变化。另外，斜坡导致在上部水平区段的底表面和下部水平区段靠近内侧半径和在下部内半径处的顶表面之间限定的间隙的高度变化。高度的变化导致在等离子体区域中产生的等离子体的容积增加，特别是在由约束环覆盖的区域中(例如，当衬底存在于等离子体处理室中时，在衬底的边缘排除区域上方，以及在围绕衬底的边缘环上方的区域中)。

增加约束环中的间隙对等离子体均匀性有积极影响。等离子体的均匀性可以归因于等离子体区域内容积增加导致的等离子体扩散的变化。因此，可以通过改变用于将等离子体约束在等离子体区域中的约束环的形状来调制等离子体均匀性，而不需要重新设计等离子体处理室的其他硬件部件。改变约束环的传统设计的现有方法需要对硬件进行重大改变，否则会导致机械强度受损，从而影响约束环的使用寿命。

对约束环(例如，包括沿着约束环的较低水平区段的斜坡)进行选择改变以增加等离子体的容积。对约束环所做的更改不需要更改等离子体处理室内的任何其他硬件部件(例如，室隔板、配合硬件等)，因为对约束环结构所做的更改基本上不偏离约束环的整体结构。在一些实现方案中，可以通过包括斜坡对下部水平区段的底表面进行额外的改进，以提高约束环的机械强度和约束环的整体寿命。可以通过沿着底部区段的长度添加约束环的附加材料来在底表面中限定斜坡，以便提供向下朝向下部内半径的角度。底表面中的额外材料被设计成增加下部水平区段的厚度，以便提供沿下部水平区段的长度的总体厚度均匀性，同时继续保持下部水平区段处的斜度。

下部水平区段包括多个槽，以用于有效地从等离子体区域去除副产物，同时保持等离子体区域内的等离子体约束。狭槽被限定为沿着下部水平区段从内径纵向延伸到外径，并且在下部水平区段的顶表面和底表面之间沿深度方向延伸，以便为等离子体区域的副产品提供管道。在一些实施方案中，槽可被限定为包括沿长度的平行槽几何形状，其中内径处的内槽半径与外径处的外槽半径相同。在替代的实施方案中，槽可以被限定为包括锥形槽几何形状，使得槽在内径处窄并且在外径处宽。外径较宽的一侧具有较宽的外槽半径，内径较窄的一侧具有较窄的内槽半径。每个槽的内径处的内槽半径和外径处的外槽半径的尺寸被确定为对应的内径和外径处的磨损率的倒数。通过从内径处的较窄槽开始，允许在达到等离子体非约束的关键尺寸之前在内径处发生更多磨损。在使用寿命结束时，内径处较小的内槽半径补偿了内径处的高磨损率，而较宽的外槽半径补偿了外径处的低磨损率，从而导致沿着槽的长度的直槽的轮廓。内槽半径和外槽半径的差异导致每个槽沿整个槽长度同时达到约束极限。锥形槽可能会导致沿窄边出现一些开放区域。为了补偿沿窄边的开放区域，可以增加槽的总数。槽总数的增加考虑了沿锥形槽窄边的预期磨损量。

具有沿着下部水平区段的长度的倾斜几何形状和沿着下部水平区段的长度限定的多个槽的锥形槽几何形状的改进的约束环结构导致：(a)等离子体均匀性的整体改进，(b)有效去除副产品，以及(c)约束环寿命的整体提高。无需重新设计等离子体处理室内的其他硬件部件(例如，室隔板、配合硬件等)即可实现上述优势。通过上述对本发明的概述，现在将参考各种附图描述具体实施方案。

图1示出了在一种实施方案中使用用于约束等离子体的约束环的等离子体处理室100的一部分的简化框图。在一种实施方案中，等离子体处理室100可以是电容耦合等离子体(CCP)处理室(或以下简称为“等离子体处理室”)，其包括下电极104以向等离子体处理室100提供射频(RF)功率，以及包括上电极102以提供工艺气体以在等离子体处理室100内产生等离子体。下电极104通过相应的匹配网络107连接到RF电源106，其中射频电源106的第一端与匹配网络107相连，并且射频电源106的第二端电接地。RF电源106可以包括一个或多个RF功率发生器(未示出)。

在一个实施方案中，下电极104的顶表面限定衬底支撑表面，在该衬底支撑表面上接收衬底110以进行处理。当接收衬底110进行处理时，邻近下电极104的衬底支撑表面限定边缘环112以围绕衬底110。当衬底被支撑在下电极104的衬底支撑表面上时，边缘环112的顶表面被限定为与衬底110的顶表面共面。边缘环112被配置为延长用于在等离子体处理室100内产生的等离子体的处理区域(由等离子体区域108表示)以在超出衬底边缘的区域上延伸到覆盖边缘环112的外边缘并超出该外边缘的延伸处理区域。一个或多个介电环120邻近边缘环112的外边缘设置。RF电源106通过匹配网络107连接到下电极的底部，并且向等离子体处理室100提供RF功率。接地环122设置在一个或多个介电环120的一部分附近并在其下方，并且被配置为围绕下电极104。支撑结构118被设置为围绕下电极104的接地环122的一部分。RF垫圈116设置在支撑结构118的顶表面上。在一些实施方案中，RF垫圈116可以设置在限定在支撑结构118的顶表面上的通道内。支撑结构118可以由适用于等离子体处理室100的石英元件或任何其他绝缘材料制成。

在一种实施方案中，上电极102可以是喷头，其包括连接到一个或多个工艺气体源(未示出)的一个或多个入口(未示出)和分布在上电极102的面向下电极104的底表面的多个出口。多个出口被配置为将来自一个或多个工艺气体源的工艺气体供应到限定在上电极102和下电极104之间的等离子体处理区域(或简称为“等离子体区域”)108。上电极102可以由多个电极组成。图1图示了一种这样的实施方案，其中上电极102包括布置在中心的内部上电极102a和布置成邻近并围绕内部上电极102a的外部电极102b。在该实施方案中，上电极102电接地以给供应到等离子体处理室100的RF功率提供接地的返回路径。外电极102b包括沿底表面设置的多个紧固装置(未示出)。紧固装置用于将上电极102耦合到约束环140。

约束环结构(或以下简称为“约束环”)140设置在上电极102和下电极104之间。约束环140限定了约束室容积，在该约束室容积中，在室中产生的等离子体被充分控制。约束室容积限定了等离子体区域108。约束环140是C形结构，C形开口面向等离子体区域108的内部，等离子体区域108限定在处理室100的上电极102和下电极104之间。基于约束环140的形状和将等离子体约束在一个区域的功能，约束环也可以被称为“C形护罩”。约束环140用于将等离子体约束在等离子体处理室100中的扩展等离子体区域108内。约束环140被配置为在顶部耦合到作为上电极102的一部分的外部电极102b。约束环140是上电极102的一部分并且约束环140的底部区段被配置为搁置在下电极104的支撑结构118的顶表面上。RF垫圈116被设置在该支撑结构118的顶表面上以在等离子体处理室100将被用于处理时，提供介于上电极102和下电极104之间的紧密耦合。RF垫圈116确保上电极102和下电极104之间的耦合是气密的。在一种实施方案中，支撑结构118被配置为围绕下电极104的至少包括衬底支撑表面、边缘环112、一个或多个介电环120和接地环122的区域。

要注意的是，图1的等离子体处理室被显示为仅包括特定部分，而实际上等离子体处理室包括处理衬底所需的多个额外的部件。此外，图1中所示的各种部件可能未按比例绘制和/或可能被夸大以便识别各种部件的不同特征。

概括地说，约束环140包括上部水平区段141、竖直区段142和下部水平区段143。上部水平区段141延伸第一长度并且由面向等离子体区域108的底表面141a和远离等离子体区域108的顶表面141b限定。多个孔分布在顶表面141b上以在将约束环140耦合到上部电极102时接收限定在外电极102b的底表面上的紧固装置。在一种实施方案中，上部水平区段141的底表面141a和顶表面141b基本上是平坦的(即，水平的)。在另一种实施方案中，在上部水平区段141的内侧边缘处的上部水平区段141的顶表面141b上限定有第一台阶148a。第一台阶148a可以用于接收外电极102b，并且当将约束环140耦合到外电极102b时，可以用于提供约束环140的可靠配合。在本实施方案中，上部水平区段141的底表面141a是基本平坦的。在又一实施方案中，第一台阶148a限定于上部水平区段141的顶表面141b上，而第二台阶148b限定于上部水平区段141的内侧边缘处的上部水平区段141的底表面141a上。在本实施方案中，第一台阶148a和第二台阶148b都可以延伸一定高度。在另一实施方案中，第一台阶148a可以延伸第一高度，并且第二台阶148b可以延伸第二高度。在另一实施方案中，上部水平区段141的底表面141a提供向上朝向上部内半径151的角度以限定沿上部水平区段的斜坡。在一个示例中，上部水平区段的底表面上的倾斜角度可以被限定为大于0°且小于1°，但也可设想倾斜的其他范围。

竖直区段142包括面向等离子体区域108的内表面142a和背向等离子体区域108并朝向处理室100的壁的内侧的外表面142b。在一种实施方案中，竖直区段142的内表面142a与外表面142b是竖直的。图1显示了竖直区段142的内表面142a和外表面142b是竖直的这样一个示例。在另一实施方案中，竖直区段142的内表面142a是弓形的，而竖直区段142的外表面142b是竖直的。在又一实施方案中，竖直区段142的内表面142a和外表面142b都是弓形的。

下部水平区段143延伸第二长度并且由面向等离子体区域108的顶表面143a和背向等离子体区域108的底表面143b限定。下部水平区段143的顶表面143a从竖直区段朝向下部水平区段143的内侧边缘向下倾斜。下部水平区段143中的倾斜导致上部水平区段141和下部水平区段143之间限定的间隙的高度变化。在一些实施方案中，在竖直区段142附近的上部水平区段141和下部水平区段143之间限定的第一高度“h1”小于在下部水平区段143的内侧边缘附近的上部水平区段141和下部水平区段143之间限定的第二高度“h2”。另外，下部水平区段143包括延伸区段144，延伸区段144设置在下部水平区段143的内侧边缘处且从下部水平区段143的底表面143b向下延伸。如图1所示，延伸区段144包括笔直的内侧表面。

在一种实施方案中，上部水平区段141、竖直区段142和下部水平区段143可以一体连接以限定C形结构。在另一种实施方案中，上部水平区段141、竖直区段142和下部水平区段143可以是三个单独的部分，其中上部水平区段141的底表面被设计为搁置在竖直区段142的顶部并且耦合到竖直区段142的顶表面上。竖直区段142的底表面被设计为搁置在下部水平区段143的顶部并且耦合到下部水平区段143的顶表面143a上。上部水平区段141、竖直区段142和下部水平区段一起形成C形结构，以用于将等离子体处理室100内产生的等离子体约束在等离子体区域108中。

图2A示出了在一种实施方案中等离子体处理室100中使用的约束环140的放大截面图。图2A的注解标识了约束环140的各个参考点。如上所述，约束环140是C形结构并且包括上部水平区段141、竖直区段142、下部水平区段143和延伸区段144。上部水平区段141在约束环140的外半径150和上部内半径151之间延伸并且包括底表面141a和顶表面141b。上部水平区段141的底表面141a和顶表面141b在上部内半径151处可以包括也可以不包括台阶。底表面141a面向等离子体区域108并且顶表面141b背向等离子体区域108。上部水平区段141的顶表面141b包括均匀分布在圆形方向上的多个紧固孔(或简称为"孔"-未显示)，并且被限定为与沿外电极102b的底表面设置的相应紧固装置对齐。外电极102b的紧固装置和外电极102b的顶表面141b上的紧固孔被限定为将约束环140耦合到上电极102上。

约束环的竖直区段142设置在约束环140的外径150和内径153之间。竖直区段142包括面向等离子体区域108的内侧的内表面142a和背向等离子体区域108的外表面142b。竖直区段142的内表面142a和外表面142b中的一个或两个可以是竖直的或弓形的。竖直区段在上部水平区段141和下部水平区段143之间延伸一定高度以限定约束等离子体的间隙。在一些实施方案中，竖直区段142将上部水平区段141耦合到下部水平区段143以限定C形结构。

下部水平区段143在约束环140的外径150和下部内半径152之间延伸。在一种实施方案中，约束环140的下部内半径152小于约束环140的上部内半径151。下部水平区段包括顶表面143a和底表面143b。下部水平区段143的顶表面143a被限定为向下朝向下部内半径152提供角度，而下部水平区段143的底表面143b被限定为是平坦的。该角度限定了沿着下部水平区段143的顶表面143a的斜坡。在一种实施方案中，该斜坡在约束环的内半径153附近开始并且朝向下部内半径152延伸。具有斜坡的顶表面143a和具有平坦轮廓的底表面143b导致厚度沿下部水平区段143的长度变化。例如，沿顶表面143a的倾斜导致在约束环140的内半径153附近具有第一厚度“T1”并且在约束环140的下部内半径152附近具有第二厚度“T2”，其中T1>T2。在一个实施方案中，第一厚度T1被限定为比第二厚度T2大大约10％至大约40％。此外，厚度的变化引起上部水平区段141的底表面141a和下部水平区段143的顶表面143a之间限定的间隙的高度变化，其中该间隙限定等离子体区域108。例如，斜坡导致在约束环140的内半径附近限定的第一高度“h1”和在下部内半径152附近限定的第二高度“h2”，其中第一高度h1小于第二高度h2。

在一种实施方案中，由下部水平区段143中的斜坡相对于水平x轴所限定的倾角147可以被限定为在大约0.20°和大约1°之间。斜坡的角度的上述范围仅作为示例提供，不应被认为是限制性的。因此，在一些实施方案中，可以设想斜坡的角度大于或小于该范围，并且这种角度的增加或减小可以基于等离子体处理室100的内部尺寸、正在执行的工艺的类型、用于产生等离子体的工艺气体的类型、产生并要去除的副产物和中性气体种类的类型、等离子体处理室的出入口等。在一种实施方案中，约束环由硅制成。在其他实施方案中，约束环可以由多晶硅、或碳化硅、或碳化硼、或陶瓷、或铝、或能够承受等离子体区域108的处理条件的任何其他材料制成。

下部水平区段143包括在下部内半径152处限定的延伸区段144’。在如图2A所示的实施方案中，延伸区段144’包括倾斜的顶部区段144a和竖直的底部区段144b。延伸区段144的这种设计不同于图1中使用的设计，因为图1的延伸区段144包括延伸区段的直的内侧表面，而图2A的延伸区段包括延伸区段144’的顶部的倾斜部分。向下倾斜点149所限定的倾斜顶部区段144a以一定角度倾斜，其中向下倾斜点149被限定在顶表面143a与下部内半径152的内表面的交界处。倾斜的顶部区段144a的倾斜角度可以介于大约0°和大约10°之间。上述范围作为示例提供并且不应被认为是限制性的或详尽无遗的。竖直底部区段144b设置在倾斜顶部区段144a下方，并且竖直向下延伸超过下部水平区段143的底表面143b的高度。延伸区段144’提供与下部水平区段143的连续性。竖直底部区段144b被配置为搁置在RF垫圈116上，RF垫圈116设置在下电极104中限定的支撑结构118的顶表面上。

图2B说明了在一实施方案中，图2A中所示的约束环140的设计变化。图2B中的约束环140’除了包括在约束环140的下部水平区段143的顶表面143a上限定的斜坡之外，还包括沿着下部水平区段143的底表面143b限定的斜坡。约束环140的对于图2A和2B相同的各个部件使用相同的附图标记表示并且以类似的方式起作用。下部水平区段143的底表面143b被限定为提供向下朝向下部内半径152的第二角度，以沿着下部水平区段143的底表面143b限定第二斜度。类似于图2A的斜度的实施方案，第二斜坡被限定为从约束环的内半径153附近开始并向下部内半径152延伸。在一个实施方案中，沿着下部水平区段143的底表面143b限定的第二斜坡的第二角度等于沿着下部水平区段143的顶表面143a限定的斜度的角度。例如，第二斜度被限定为介于大约0.20°和大约1°之间。在本实施方案中，下部水平区段143的厚度沿下部水平区段143的长度方向是均匀的。

在另一实施方案中，沿着底表面143b限定的第二斜坡的第二角度可以不同于沿着顶表面143a限定的斜坡。例如，第二斜坡的第二角度可以大于沿顶表面143a的斜坡的角度，从而导致厚度沿下部水平区段143的长度变化。在该实施方案中，靠近内侧半径153的厚度T1可以小于靠近下部内半径152的厚度T2。该实施方案是图2A所示实施方案的变体，其中厚度沿下部水平区段143的长度变化。例如，靠近内侧半径153的厚度T1小于靠近下部内半径152的厚度T2，而在图2A的实施方案中，靠近内半径153的厚度T1大于靠近下部内半径152的厚度T2。这可以适应由于暴露于等离子体区域108中的等离子体而在下部内半径152处预期的额外磨损。

图2C图示了图2A中示出的约束环140的替代实施方案。在该实施方案中，延伸区段144由顶部区段144a’和竖直底部区段144b限定。顶部区段144a’被显示为包括沿着设置在下部内半径152处的内侧表面的直线轮廓，而不是图2A中所示的倾斜顶部区段。在图2C所示的实施方案中，顶部区段144a’在下部内半径152处向下延伸直到下部水平区段143的底表面143b，并且竖直底部区段144b是顶部区段144a’的延伸，其中竖直底部144b在约束环140的下部水平区段143的底表面143b的下方延伸。

图2A-2C所示的实施方案显示了约束环140的竖直剖视图，其中斜坡沿顶表面143a以及沿顶表面143a和底表面143b限定。图2A和2B的剖视图还示出了沿约束环140的下部水平区段143的长度限定的槽145。约束环140包括多个沿约束环140的下部水平区段143均匀分布的槽，其中每个槽沿长度方向在内径和外径之间延伸并且沿深度方向在下部水平区段的顶表面143a和底表面143b之间延伸。与槽的几何形状相关的细节将参照图4A和4B进行描述。沿下部水平区段143限定的多个槽145为副产物提供管道以逸出等离子体区域，同时最佳地将等离子体限制在等离子体区域内。

图3示出了在一种实施方案中当使用具有在下部水平区段143中限定的倾斜几何形状的约束环时识别由于跨衬底半径的等离子体密度变化引起的蚀刻速率变化的图表。该图表显示了使用如各种实施方案中所述的具有倾斜几何形状的约束环处理的衬底表面上的氧化物覆盖层蚀刻速率。覆盖层蚀刻速率表示衬底表面上等离子体密度的合理测量。图表线301显示了当使用没有斜坡的约束环时衬底表面上的蚀刻速率的变化，图表线302显示了当使用具有沿较低水平区段143限定的斜坡的约束环时衬底表面上的蚀刻速率的变化。沿图表线301表示的蚀刻速率显示出沿衬底长度的更多变化，直到由线304限定的边缘排除区域。蚀刻速率的变化在图表线301中对于150毫米的衬底，对于大约70毫米和大约为135毫米之间的半径更明显，如方框303中能看到的。例如，蚀刻速率显示沿着衬底表面逐渐降低直至半径的中点(即，高达约70毫米)之后，蚀刻速率开始显著增大，直到衬底的边缘排除区域。另一方面，图表线302显示蚀刻速率沿衬底表面的长度逐渐减小直至边缘排除区域。图表线302中所示蚀刻速率的逐渐降低被假定为由于在约束环140的上部水平区段和下部水平区段之间限定的间隙的增加导致的增加的等离子体容积中等离子体扩散的变化。

在一个实施方案中，沿着下部水平区段的倾斜量可以被限定为增加第一高度‘h1’和第二高度‘h2’(即，在上部水平区段141和下部水平区段143之间限定的间隙)增加约+2mm至约+8mm。这种增加对覆盖层蚀刻速率的影响由图表线302显示，尤其是在方框303覆盖的区域中。作为示例，沿下部水平区段143的顶表面143a限定的在约0.55°和约0.60°之间的斜坡将导致第二高度‘h2’与第一高度‘h1’的差从约0.60mm到约0.65mm。在一种实施方案中，上部内半径151被限定在大约203mm(大约8英寸)和大约218.5mm(大约8.6英寸)之间。在一种实施方案中，下部内半径152被限定在大约177mm(大约7英寸)和大约198.5mm(大约7.8英寸)之间。在一种实施方案中，内侧半径153被限定在约248mm(约9.8英寸)和约262mm(约10.3英寸)之间。在一种实施方案中，外半径被限定在约254mm(约10英寸)和约267mm(约10.5英寸)之间。在一种实施方案中，槽145的长度被限定在大约48mm(大约1.9英寸)和大约61mm(大约2.4英寸)之间。在一种实施方案中，下部水平区段143a的深度(即，厚度T1)被限定在约6mm(约0.25英寸)和约8.4mm(约0.33英寸)之间。在一个实施方案中，在下部水平区段143a上限定的斜坡可以导致第一高度h1在大约29mm(大约1.18英寸)和大约31mm(大约1.22英寸)之间并且第二高度在大约31mm(约1.22英寸)和约32毫米(约1.24英寸)之间。在一种实施方案中，由于下部水平区段143a上的斜坡而导致的厚度T2可以被限定在大约5.8mm(大约0.23英寸)和大约7.2mm(大约0.28英寸)之间。上述约束环的各种部件的范围仅作为示例提供，不应被认为是限制性的。可以基于等离子体处理室100的内部尺寸、正在执行的工艺类型、用于产生等离子体的工艺气体的类型、副产物的类型和产生并要去除的中性气体种类、等离子体处理室的出入口、等离子体处理室的硬件部件的几何形状等，设想针对各种部件的其它范围或对上述范围的调整。

图4A和4B示出了在一些示例性实施方案中的具有沿着约束环140的下部水平区段143的长度限定的多个槽的约束环的变体。沿着下部水平区段143的长度的多个槽145用于在衬底110的处理期间有效地去除等离子体区域108内形成的副产物。在图4A中示出的示例性实施方案中，多个槽中的每个槽145显示为在下部水平区段143的内径(ID)145a和外径(OD)145b之间径向延伸。槽145的ID 145a大于下部水平区段143的内环直径(IRD)，其中IRD由下部水平区段143的下部内半径152限定。槽145的OD 145b被限定为大于槽145的ID 145a但小于约束环140的外环直径(ORD)，其中ORD由约束环140的外半径150限定。换句话说，槽145延伸长度“l”(即，l＝OD-ID)小于下部水平区段143的宽度‘w’(即，w＝ORD-IRD)。每个槽145使用平行槽几何形状限定，其中在槽145的内径(ID)145a处的内槽半径(ISR)145c等于槽145的外径(OD)145b处的外槽半径(OSR)145d。具有平行槽几何形状的每个槽145被限定为在下部水平区段143的顶表面143a和底表面143b之间延伸。

图4B示出了沿着约束环140”的下部水平区段143的表面限定的槽145’的替代实施方案。在该实施方案中，槽145’使用锥形槽几何形状而不是用于限定图4A中的槽145的平行槽几何形状来限定。与图4A一样，每个槽145’从内径(ID)145a延伸到外径(OD)145b。ID145a小于下部水平区段143的IRD，其中IRD由下部内半径152限定。OD145b大于IRD但小于约束环140”的ORD，其中ORD由外半径150限定。在该实施方案中，多个槽145’中的每一个都使用锥形槽几何形状限定为包括槽锥。通过在槽145’的ID 145a处限定窄的内槽半径(ISR)145c’和在槽145’的OD 145b处限定较宽的外槽半径(OSR)145d’来形成槽锥。ISR 145c’和OSR145d’的变化导致每个槽145’在内径ID 145a处较窄，而在外径OD 145b处较宽。为了补偿内径ID 145a处的窄ISR，在一种实施方案中，可以增加槽145’的长度‘l’，以便为副产品和中性气体种类提供足够的区域以逸出等离子体区域108。在替代的实施方案中，可以增加槽145’的数量以补偿在ID 145a处的窄ISR 145c’，其中槽145’增加的数量对应于槽145’的磨损。

每个槽145’的ISR 145c’和OSR 145d’的尺寸被设计为槽145’的相应内径和外径(ID 145a，OD 145b)处的磨损率的倒数。由于沿槽145’长度的不同部分必须暴露于等离子体的量，沿槽145’的长度的磨损是不均匀的，其中槽145’在内径处的区域比槽145’在外径处的区域磨损更多。使ID 145a处的槽更窄将通过延迟(offsetting)达到等离子体通过槽逸出时的临界宽度的开始来增加约束环的寿命。同时，使槽的外径145b变大可确保不会因ID 145a较窄而导致气体传导损失。锥形槽的几何形状允许槽145’在ID 145a处的磨损与槽145’在OD 145b处的磨损大约同时达到临界尺寸。即使采用锥形槽几何形状，ISR和OSR的尺寸也被限定为能够从等离子体区域108中去除副产品和中性气体种类。用于限定槽的锥形几何形状延长了约束环140’的使用寿命。

图4A和4B中所示的槽145和145’未按比例绘制，并且被放大以说明用于沿约束环140、140”的下部水平区段143的长度限定槽的槽轮廓。在约束环140沿下部水平区段143的长度包括倾斜顶表面143a和倾斜底表面143b的一些实施方案中，底表面的角度被限定为等于顶表面上的角度以便保持底表面与顶表面平行。这种设计有助于提高约束环140的机械强度，从而提高使用寿命。可以通过使用锥形槽轮廓来沿着约束环140的下部水平区段143限定槽来设想进一步提高使用寿命。用于限定槽145的锥形槽轮廓连同倾斜的下部水平区段143导致保持等离子体区域108中的最佳等离子体密度，以便在整个衬底表面上提供最佳蚀刻速率，同时确保沿着槽的长度的槽的磨损大约同时达到临界尺寸。

图5A示出了在一种实施方案中用于沿等离子体处理室中使用的约束环140的下部水平区段143限定槽145’的锥形槽轮廓的示例。图5A还显示了相对于使用平行槽轮廓限定的槽145，使用锥形槽轮廓限定的槽145’的槽轮廓的变化。具有锥形槽轮廓的槽145’以红线显示，而具有平行槽轮廓的槽145以灰线显示。如前所述，槽145’被限定为在内径(ID)145a和外径(OD)145b之间沿着下部水平区段143的水平表面延伸，其中槽145’的ID 145a大于由下部水平区段143的下部内半径152限定的内环直径(IRD)，而槽145’的OD 145b大于ID145a但小于由外半径150限定的约束环的外环直径(ORD)。槽145’(在图5A中以红线显示)包括由外槽半径(OSR)145d’限定的外径(OD)处的更宽或更广阔的槽宽度和由内槽半径(ISR)145c’(即ISR145c’<OSR145d’)限定的内径(ID)处的较窄的槽宽度。由于槽沿槽长度的磨损不同，槽145’的锥形几何形状在内径处比在外径处提供更多的用于槽磨损的区域，使得锥形槽145’作为一个整体当需要更换约束环140’时可以大约同时达到临界尺寸。这不同于使用平行槽轮廓限定的槽145(在图5A中以灰线显示)。具有平行槽轮廓的槽145沿槽145的长度限定有一致的槽宽度，即，由ISR 145c限定的槽145的ID 145a处的内槽宽度等于OSR145d限定的OD 145b处的外槽宽度。平行的槽轮廓可能导致沿着槽145的长度的不均匀磨损，从而需要更换整个约束环140。

因此，为了防止约束环140的过早更换并延长约束环的使用寿命，同时确保约束环的机械强度在其整个使用寿命期间不受到损害，约束环140可以是设计成包括具有沿着下部水平区段143的顶表面143a和底表面143b限定的斜坡的下部水平区段143和具有锥形槽轮廓的槽145’。给下部水平区段143的底表面143b增加斜度，保持底表面与倾斜的顶表面平行，特别是当底表面143b限定的斜率等于顶表面143a限定的斜率时，从而提高约束环的机械强度。还可以构思约束环140设计的变化(例如限定沿下部水平区段143的顶表面143a的斜坡和具有平行槽轮廓的槽145，或者限定沿下部水平区段143的顶表面143a的斜坡和具有锥形槽轮廓的145’的槽)以改进整个衬底表面的长度的等离子体密度。

图5B示出了在一种实施方案中以锥形槽轮廓限定的槽145’的示例性磨损轮廓。槽145’的起始轮廓在中心以粗红线显示，其中ID 145a处的ISR 145c小于OD 145b处的OSR145d。当约束环145’暴露于来自等离子体区域108的等离子体时，在工艺操作期间，沿槽145’的长度的区域表现出不均匀磨损，其中靠近内径(ID)145a的区域表现出比外径(OD)145b周围的区域较多的磨损。由于靠近槽145’内径的窄端磨损率高，而靠近槽145’外径的较宽端磨损率较低，因而靠近较宽端的区域达到临界尺寸极限的速度比靠近窄端的区域慢，且因此在槽145’的较宽端达到临界尺寸极限之前，槽145’的较宽端可以承受与窄端相同的工艺操作量，从而延长约束环140'的使用寿命。图5B将锥形槽145’的寿命终止轮廓显示为围绕锥形槽145’的细圆角矩形，其中沿锥形槽长度的区域中的磨损大约在约束环需要更换以避免发生等离子体未约束事件的同时达到临界尺寸。有关使用锥形槽轮廓沿约束环的下部水平区段143限定槽145’的更多信息，可参考共同拥有和共同未决的、于2020年10月30日提交的、名称为“Wear Compensating Confinement Ring”的国际专利申请No.PCT/US20/053894，其全部内容通过引用并入本文。

在一些实施方案中，由外径OD 145b处的较宽槽尺寸和内径ID 145a处的窄槽尺寸限定的槽锥尺寸被设置为磨损率的倒数。通过根据磨损率的变化来调整槽锥度，内径ID145a的高磨损率由外径OD 145b的低磨损率补偿，从而在使用寿命结束时产生近似直的槽轮廓。沿整个槽长的槽宽几乎同时达到约束极限(即临界尺寸)。锥形几何形状更有效地利用了外径处的区域。为了补偿由于槽在内径处的尺寸减小而导致的较低水平区段中的开放区域，可以限定额外的槽。额外的槽的数量可以通过考虑每个槽在窄端和宽端处达到临界尺寸所需的磨损空间量来限定。锥形槽的几何形状延长了槽在达到非约束极限之前可以承受的磨损量，从而延长了使用寿命并降低了耗材成本。

图6示出了在等离子体处理室100中使用以将等离子体约束在等离子体区域108中的约束环140的顶部透视图。约束环140是C形结构，其被配置为沿着等离子体区域108的外围设置以约束等离子体区域108中的等离子体，等离子体区域108在被接收在下电极中限定的衬底支撑表面上的衬底110、边缘环112和一个或多个介电环120的上方延伸。约束环140是可更换的消耗部件。约束环的顶表面包括多个沿圆形方向均匀设置的紧固孔146，其中紧固孔146被配置为对准并接收沿上电极102的外电极102b的底表面限定的紧固装置。如图所示的约束环140示出了沿约束环140的下部水平区段143中的顶表面143a限定的斜坡。可以沿下部水平区段143的底表面143b限定附加斜坡以提高沿衬底长度的等离子体密度以及约束环的机械强度，使得约束环140能够承受额外的工艺操作。下部水平区段143还可包括具有平行槽轮廓或锥形槽轮廓的槽。锥形槽轮廓提供优于平行槽轮廓的额外好处，因为锥形槽轮廓在内径附近比外径附近提供额外的磨损区域，从而提高约束环的使用寿命。

在各种实施方案中描述的约束环的优点包括提高等离子体均匀性而不会对其他硬件部件(例如，室隔板、配合硬件等)产生不利影响或对约束环的机械强度或使用寿命产生不利影响。通过修改约束环的形状来调节等离子体均匀性，而不影响约束环的强度或原始预期寿命。这导致消耗性约束环的成本改善，因为约束环在沿着下部水平区段和沿着槽的长度达到临界尺寸限制之前可以承受更多的工艺操作。在回顾本文描述的各种实施方案后，本领域技术人员将预见到其他优点。

Claims (28)

1.一种用于等离子体处理室的约束环，其包括：

上部水平区段，其在所述约束环的上部内半径和外半径之间延伸；

下部水平区段，其在所述约束环的下部内半径和所述外半径之间延伸，所述下部水平区段的顶表面提供向下朝向所述下部内半径的角度，所述下部水平区段具有延伸到所述下部内半径的延伸区段；以及

竖直区段，其设置在所述约束环的所述外半径和内侧半径之间，所述竖直区段连接所述约束环的所述上部水平区段和所述下部水平区段。

2.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述下部水平区段的底表面是平的，使得所述下部水平区段在所述内侧半径附近的第一厚度大于所述下部水平区段在所述下部内半径处的第二厚度。

3.根据权利要求2所述的约束环，其中，所述第一厚度比所述第二厚度大约10％至约40％。

4.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述角度限定沿着所述下部水平区段的顶表面的斜坡，相对于水平x-轴测量，所述斜坡介于约0.20°和约1°之间。

5.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述下部水平区段的底表面向下朝向所述下部内半径提供第二角度，所述第二角度沿着所述下部水平区段的所述底表面限定第二斜坡，所述第二斜坡沿着所述底表面的所述第二角度等于所述斜坡沿着所述下部水平区段的所述顶表面的所述角度，以及

其中，在靠近所述内侧半径处限定的所述下部水平区段的第一厚度等于在所述下部内半径处限定的所述下部水平区段的第二厚度。

6.根据权利要求1所述的约束环，其中，在所述上部水平区段的底表面与所述下部水平区段的所述顶表面之间靠近所述内侧半径处限定的第一高度小于在所述上部水平区段的所述底表面和所述约束环的所述下部内半径处的所述下部水平区段的所述顶表面之间的第二高度。

7.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述下部水平区段、所述竖直区段和所述上部水平区段连成一体以限定C形结构。

8.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述下部水平区段还包括多个槽，其中每个槽沿所述下部水平区段从内径径向延伸至外径，每个槽在所述内径处的内槽半径等于每个槽在所述外径处的外槽半径。

9.根据权利要求8所述的约束环，其中，所述槽的所述内径大于由所述下部内半径限定的所述约束环的内环直径，而所述槽的外径小于由所述外半径限定的所述约束环的外环直径。

10.根据权利要求1所述的约束环，所述下部水平区段还包括多个槽，其中每个槽沿所述下部水平区段从内径径向延伸至外径，每个槽在所述内径处的内槽半径小于每个槽在所述外径处的外槽半径。

11.根据权利要求10所述的约束环，其中每个槽的所述内槽半径和所述外槽半径的差异限定了槽锥度，每个槽从所述外径到所述内径逐渐变细，其中所述内槽半径和影响所述槽锥度的所述外槽半径限定为所述槽的所述对应内径和所述外径处的磨损率的倒数，以及

其中所述内槽半径比所述外槽半径的比率介于约1:1.1和1:1.5之间。

12.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述上部内半径大于所述下部内半径。

13.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述延伸区段在所述下部内半径处竖直向下延伸。

14.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述延伸区段包括倾斜的顶部区段和竖直的底部区段，所述倾斜的顶部区段在所述下部水平区段的所述下部内半径处的所述顶表面上限定的向下倾斜点处向下提供第三角度，以及所述竖直底部区段被限定为从所述倾斜的顶部区段的底部向下延伸。

15.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述上部水平区段的顶表面包括多个孔，所述多个孔中的每个孔被配置为接收限定在所述上电极的底表面上的紧固装置的一部分以用于将所述约束环耦合到所述等离子体处理室的所述上电极。

16.根据权利要求1所述的约束环，其中，所述下部水平区段的所述延伸区段被配置为搁置在限定在所述等离子体处理室的下电极的顶表面上的射频垫圈上。

17.一种用于等离子体处理室中的约束环，其包括，

上部水平区段，其在所述约束环的上部内半径和外半径之间延伸；

下部水平区段，其在所述约束环的下部内半径和所述外半径之间延伸，所述下部水平区段的顶表面提供向下朝向所述下部内半径的第一角度以沿所述顶表面限定第一斜坡，以及所述下部水平区段的底表面提供向下朝向所述下部内半径的第二角度以沿所述底表面限定第二斜坡，所述下部水平区段具有沿所述下部内半径向下延伸的延伸区段，其中所述延伸区段在所述下部水平区段的所述底表面下方延伸；以及

竖直区段，其设置在所述约束环的所述外半径和内侧半径之间，所述竖直区段连接所述约束环的所述上部水平区段和所述下部水平区段。

18.根据权利要求17所述的约束环，其中，所述第一斜坡的所述第一角度等于所述第二斜面的所述第二角度。

19.根据权利要求17所述的约束环，其中所述下部水平区段的靠近所述内侧半径处的第一厚度等于所述下部水平区段的在所述下部内半径处的第二厚度，并且

其中，在所述上部水平区段的所述底表面与所述下部水平区段的所述顶表面之间靠近所述内侧半径处限定的第一高度小于在所述上部水平区段的所述底表面和所述下部水平区段顶表面之间在所述下部内半径处限定的第二高度。

20.根据权利要求17所述的约束环，其中，所述下部水平区段还包括多个槽，其中，每个槽沿所述下部水平区段从内径径向延伸至外径，每个槽在所述内径处的内槽半径等于每个槽在所述外径处的外槽半径，以及

其中，每个槽的所述内径大于由所述下部内半径限定的所述约束环的内环直径，而每个槽的所述外径小于由所述外半径限定的所述约束环的外环直径。

21.根据权利要求17所述的约束环，其中所述下部水平区段还包括多个槽，其中每个槽沿所述下部水平区段从内径径向延伸至外径，每个槽在所述内径处的内槽半径小于每个槽在所述外径处的外槽半径。

22.一种用于将等离子体约束在其中的等离子体处理室，该等离子体处理室包括用于支撑衬底的下电极和设置在该下电极上方的上电极，该等离子体处理室包括：

设置在所述下电极和所述上电极之间的约束环，所述约束环包括，

在所述约束环的上部内半径和外半径之间延伸的上部水平区段；

下部水平区段，其在所述约束环的下部内半径和所述外半径之间延伸，所述下部水平区段的顶表面提供向下朝向所述下部内半径的角度，所述角度沿所述顶表面限定斜坡，所述下部水平区段具有沿所述下部内半径延伸的延伸区段；以及

竖直区段，其设置在所述约束环的所述外半径和内侧半径之间，所述竖直区段连接所述约束环的所述上部水平区段和所述下部水平区段。

23.根据权利要求22所述的等离子体处理室，其中，所述下部水平区段的底表面提供向下朝向所述下部内半径的第二角度，所述第二角度沿所述底表面限定第二斜坡，所述第二斜坡沿所述底表面的所述第二角度等于所述斜坡沿所述下部水平区段的所述顶表面的所述角度。

24.根据权利要求22所述的等离子体处理室，其中，所述下部水平区段还包括沿所述下部水平区段设置的多个槽，每个槽沿所述下部水平区段从内径径向延伸至外径，每个槽在所述内径处的内槽半径小于每个槽在所述外径处的外槽半径，并且

其中，所述内径大于由所述下部内半径限定的所述约束环的内环直径，而所述外径小于由所述外半径限定的所述约束环的外环直径。

25.根据权利要求22所述的等离子体处理室，其中，所述上部内半径大于所述约束环的所述下部内半径。

26.根据权利要求22所述的等离子体处理室，其中，由所述下部水平区段、所述上部水平区段和所述竖直区段限定的所述约束环限定了连续的C形结构，以将在所述等离子体处理室中产生的等离子体约束在等离子体区域，所述约束环由硅、或多晶硅、或碳化硅、或碳化硼、或陶瓷、或铝中的一种制成。

27.根据权利要求22所述的等离子体处理室，其中所述延伸区段与所述约束环的所述下部水平区段、竖直区段和所述上部水平区段是一体成型的，所述延伸区段被配置为在所述下部水平区段的底表面下方竖直延伸。

28.根据权利要求22所述的等离子体处理室，其中，所述上电极电接地并且所述下电极通过相应的匹配网络连接到射频电源。

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