CN202285227U - 一种用作电容耦合等离子体处理室的部件的限定环 - Google Patents

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阿列克谢·马拉什塔内夫
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Abstract

本实用新型描述了一种用作电容耦合等离子体处理室的部件的限定环。所述限定环的内表面提供有延伸的等离子体限定区，所述限定区包绕位于上部电极和下部电极之间的间隙，在所述室中进行等离子体处理的过程中，半导体衬底被支撑于所述下部电极上。

Description

一种用作电容耦合等离子体处理室的部件的限定环
技术领域
本实用新型总体涉及一种等离子体处理室。 
背景技术
随着每代后继半导体技术的产生，晶片直径趋向于增大，晶体管的尺寸趋于减小，导致衬底处理中需要更高的精确度和可重复性。半导体衬底材料，譬如硅晶片，通常使用等离子处理室进行处理。等离子体处理技术包括溅射沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、抗蚀剂剥除、以及等离子体蚀刻。等离子体可通过向等离子体处理室中的合适处理气体施加射频(RF)电源而产生。等离子体处理室中的RF电流可影响处理。 
等离子体处理室可依靠各种机制以生成等离子体，如电感耦合(变压器耦合)、螺旋波、电子回旋共振，电容耦合(平行板)。例如，在变压器耦合等离子体(TCPTM)处理室中或电子回旋共振(ECR)处理室中，可生成高密度等离子体。变压器耦合等离子体可由加利福尼亚州弗里蒙特的朗姆研究公司(Lam Research  Corporation)获得，其中RF能量电感耦合到该室内。在共有的专利号为5,948,704的美国专利中披露了一种能够提供高密度等离子体的高流量等离子体处理室的实施例，此处结合其披露的内容作为参照。在共有的专利号为4,340,462；4,948,458；5,200,232以及5,820,723的美国专利中披露了平行板等离子体处理室、电子回旋共振等离子体处理室、以及变压器耦合等离子体(TCPTM)处理室，此处结合其披露的内容作为参照。 
通过实施例的方式，等离子体可在平行板处理室生成，如在共有的专利号为6,090,304的美国专利中所述的双频率等离子刻蚀室，此处结合其披露的内容作为参照。优选平行板等离子体处理室为包括上部网状(showerhead)电极和衬底支撑件的双频率电容耦合等离子处理室。为了阐释，此处参照平行板类型等离子体处理室描述实施方式。 
图1示出一种用于等离子体蚀刻的平行板等离子体处理室。等离子体处理室100包括室110、入口负荷锁112、以及可选的出口负荷锁114，在共有的美国专利号6,824,627描述了其进一步细节，此处结合其整体内容作为参照。 
负荷锁112和114(如果有)包括传输设备以将衬底(如晶片)从晶片供应件162传输通过室110，到达晶片接收器164。负荷锁泵176可在负荷锁112和114中提供所需的真空压强。 
如涡轮泵的真空泵172适应于维持室110中所需的真空压强。在等离子体蚀刻过程中，室压强为可控的，优选维持在一个足以保持等离子体的水平。过高的室压强可能不利于蚀刻停止，而过低的室压强可导致等离子体熄灭。在中等密度的等离子体处理室中，如平行板等离子体处理室，优选室压强维持在低于大约200mTorr的压强(例如，小于100mTorr，如20至50mTorr)(此处所用“大约”表示±10％)。 
真空泵172可连接到室110壁中的出口，并可通过阀门173调节，以便控制室中的压强。优选，在蚀刻气体流入室110时，真空泵能在室110内保持小于200mTorr的压强。 
室110包括上部电极装置120以及衬底支撑件150，上部电极装置120包括上部电极125(例如，网状电极)。上部电极装置120安装于上部壳体130中。上部壳体130可通过装置132竖直移动以调节上部电极125和衬底支撑件150之间的间隙。 
工艺气体源170可连接到壳体130以传送包括一种或一种以上气体的工艺气体到上部电极装置120。在优选等离子体处理室中，上部电极组件包括可用于传送工艺气体到靠近衬底表面的区域的配气系统。在共有的美国专利号6,333,272；6,230,651；6,013,155以及5,824,605披露了可包括一个或一个以上的气体环、注入器和/ 或喷头(例如，网状电极)的配气系统，此处结合其披露的内容作为参照。 
上部电极125优选包括网状电极，网状电极包括气孔(未示出)以通过其配送工艺气体。气孔可具有0.02至0.2英寸的直径。网状电极可包括一个或一个以上的垂直间隔的挡板，挡板可促进所需的工艺气体的配送。上部电极和衬底支撑件可由任何合适的材料形成，如石墨、硅、碳化硅、铝(例如，阳极化铝)、或其的组合。热传输液体源174可连接到上部电极装置120，另一热传输液体源可连接到衬底支撑件150。 
衬底支撑件150可具有一个或一个以上的嵌入式夹持电极用于静电夹紧衬底支撑件150上表面155(支撑面)上的衬底。衬底支撑件150可由RF源伴随的电路系统(未图示)如射频匹配电路系统供电。衬底支撑件150优选为温度可控的，并可以可选地包括加热装置(未示出)。共同转让的美国专利号6,847,014和7,161,121披露了加热装置的实施例，此处结合其披露的内容作为参照。衬底支撑件150在支撑面155上可支撑半导体衬底，如平面板或200mm或300mm的晶片。 
衬底支撑件150优选包括用于在支撑面155所支撑的衬底下供应热传输气体(如氦)的通道以控制在等离子体处理过程中的衬底温度。例如，氦背面冷却可维持晶片温度足够低以防止衬底 上的光刻胶燃烧。共有的美国专利号6,140,612披露了一种通过导入压缩气体到衬底和衬底支撑件表面之间的空间控制衬底温度的方法，此处结合其披露的内容作为参照。 
衬底支撑件150可包括起模销孔(未显示)，通过起模销孔，起模销可由合适的装置竖直启动并抬高衬底离开支撑面155以传输进出室110。起模销孔可具有大约0.08英寸的直径。共有的美国专利号5,885,423和5,796,066披露了起模销孔的细节，此处结合其披露的内容作为参照。 
图2示出电容耦合等离子体处理室200的框图以阐释其RF电流的流动路径。在处理室200中处理衬底206。为点燃等离子体以蚀刻衬底206，向室200中的工艺气体施加RF功率。在衬底处理过程中，RF电流可从RF供应件222沿电缆224通过RF匹配网络220流入处理室200。RF电流可沿路径240流动以与工艺气体耦合从而在限定室容积腔210内生成等离子体用于处理衬底206，衬底206位于底部电极204之上。 
为了控制等离子体形成以及保护处理室壁，可运用限定环212。在共有的美国临时专利申请序列号61/238656，61/238665，61/238670(都在2009年8月31日提交申请)，以及美国专利申请公开号2008/0149596描述了范例的限定环的细节，此处结合其披露的内容作为参照。限定环212可由导电材料制成，如硅、多晶硅、 碳化硅、碳化硼、陶瓷、铝等。通常，限定环212可配置为环绕限定室容积210腔的外周，等离子体在限定室容积腔210中形成。除了限定环212之外，限定室容积腔210的外周还可由上部电极202、底部电极204、一个或一个以上的绝缘环(如216和218)、边缘环214以及下部电极支撑结构228所限定。 
为了从限定区域(限定室容积腔210)排放出中性气体种类，限定环212可包括多个槽(如槽226a、226b、以及226c)。中性气体种类可以通过涡轮泵抽出处理室200。 
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种被设置为将等离子体限定在延伸的等离子体限定区内的限定环，该限定区包绕位于可调间隙电容耦合等离子体处理室的上部电极和下部电极之间的间隙，通过该限定环能够将工艺气体和反应副产品泵出等离子体处理室。此处所述的是一种用作电容耦合等离子体处理室的部件的限定环，其中所述限定环的内表面提供有延伸的等离子体限定区，所述限定区包绕位于上部电极和下部电极之间的间隙，在所述室中进行等离子体处理过程中，半导体衬底被支撑于所述下部电极上，所述限定环包括：环形上部壁，其水平延伸并且在其内端包含适于支承所述等离子体室的所述上部电极的外边缘的环形凸缘；侧壁，其从上部壁的外端竖直向下延伸；和环形下部壁，其从所述侧壁的下端向内水平 延伸，所述下部壁包括沿圆周间隔开的径向延伸的槽，所述槽中的每一条有至少1.0英寸的长度，和0.05至0.2英寸的一致的宽度，所述槽均匀间隔放置，径向位置偏差不超过2°。本实用新型的限定环通过将等离子体限定在延伸的等离子体限定区内并将工艺气体和反应副产品泵出等离子体处理室能够优化衬底处理。 
附图说明
图1示出范例的等离子体处理室示意图。 
图2示出现有技术中电容耦合等离子体处理室及其RF返回路径的框图。 
图3示出范例的可调间隙电容耦合等离子体处理室的局部横截面。 
图4A根据实施方式示出限定环的透视图。 
图4B示出图4A所示的限定环的侧壁中的一组通孔的细节。 
图4C示出通过图4A所示的限定环的螺纹孔的局部横截面。 
图4D示出通过图4A所示的限定环的对准销孔的局部横截面。 
图4E示出图4A所示的限定环的俯视图。 
图4F示出图4A所示的限定环的去除其顶部壁后的剖开立体图。 
具体实施方式
此处所述的是一种被设置为将等离子体限定在延伸的等离子体限定区内的限定环，所述限定区包绕位于可调间隙电容耦合等离子体处理室的上部电极和下部电极之间的间隙。图3示出范例的可调间隙电容耦合等离子体处理室300的局部横截面。室300包括衬底支撑组件310、包含中央电极板303和环形外部电极304的上部电极以及导电(例如纯铝或者铝合金，这里概括称作铝)限定环500，根据一种实施方式，限定环500从环形外部电极304向外延伸。从通过其中心轴的竖直平面看限定环500的横截面时，限定环500呈C形。 
图4A-4F所示为限定环500的细节。限定环500包括，环形上部壁510，其水平延伸并且包含位于其内端的适于支承所述等离子体处理室300的环形外部电极304的外边缘的环形凸缘511， 侧壁520，其从上部壁510的外端竖直向下延伸，环形下部壁530，其从侧壁520的下端向内水平延伸，下部壁530包括沿圆周间隔开的径向延伸的槽531，通过槽531可以将气体副产品泵出所述等离子体限定区，槽531中的每一条有至少为1.0英寸的长度，0.05至0.2英寸的一致的宽度，槽531均匀间隔放置，径向位置偏差高达2°，优选偏差1.25°。 
侧壁520优选除了有一组布置成5排水平的靠在一起的均匀隔开的通孔521外，不含其它开口。每个孔521优选有约0.030英寸(此处所用的“约”意指±10％)的直径并且孔521之间的间隔约0.06英寸。 
下部壁530有约14.880英寸的内径。上部壁510有约16.792英寸的内径。侧壁520有约20.500英寸的外径，约20.000英寸的内径以及约0.25英寸的厚度。 
上部壁510的下部水平表面512与下部壁530的上部水平表面532的间隔距离约0.850英寸。 
下部壁530有约0.25英寸的厚度。下部壁530包含在其内周缘向下延伸的环形凸起535。环形凸起535有约0.365英寸的宽度，并且向下部壁530的下表面534以下延伸0.2英寸。 
槽531中的每一条有约1.892英寸的长度和约0.08英寸的宽度。槽531的端部是圆形的。槽531中的每一条偏离其紧邻的槽1.25°。槽531中的每一条相对于限定环500的中心轴从约7.97英寸处径向延伸至约9.862英寸处。 
上部壁510有约0.31英寸的厚度。环形凸缘511由上部壁510的上部内端的环形凹槽515形成。环形凹槽515由水平表面515b和竖直表面515a形成，其中，水平表面515b从上部壁510的内周缘延伸约0.1245英寸，竖直表面515a从上部壁510的上部表面516延伸0.165英寸。 
上部壁510包括其上部表面516上的8个7/16-28(统一螺纹标准)螺纹孔530。螺纹孔530的中心位于离限定环500的中心轴约9.315英寸处，螺纹孔530彼此偏离45°。每个螺纹孔有约0.2英寸的深度。 
上部壁510还包括三个对准销孔540a、540b和540c(统一称作540)。对准销孔540是光滑的(无螺纹)。对准销孔中的每一个有约0.116英寸的直径和约0.2英寸的深度。对准销孔540的中心位于离限定环500的中心轴约9.5英寸处。从上部壁510朝向下部壁530的方向看，孔540c逆时针方向偏离螺纹孔530中的一个约34.5°；孔540b逆时针方向偏离孔540c约115°；并且孔540a逆时针方向偏离孔540b约125°。 
限定环500可以是单个整块的部件，也可以是组装件。例如，限定环500替代地可以包括机械地附着(例如合适的带或夹持装置)或者联接(例如钎焊、焊接或粘结)的两个或者两个以上的部分，其中所述部分可以沿着水平表面或者竖直表面附着或者联接。 
下表面534可以提供与衬底支撑组件310的可移动接地环(未示出)的上端的电接触，其中下表面534优选包括适于增强与可移动接地环电接触的导电涂层。通过径向延伸槽531可以将工艺气体和反应副产品泵出等离子体处理室。 
可选地，至少一个带槽环307可以安置在限定环500之下。带槽环307可以有相对于限定环500放置的种式样的槽以调节通过径向延伸槽531的气体流通率。 
限定环500用作电容耦合等离子体处理室的部件，其中限定环500的内表面提供有延伸的等离子体限定区，所述限定区包绕位于上部电极和下部电极之间的间隙，在所述室中进行等离子体处理的过程中，半导体衬底被支撑于所述下部电极上。 
尽管已参照限定环的具体实施方式对其进行了详细描述，但对本领域技术人员而言，显然可以作出各种变更和修改以及使用等同方式，却不背离所附权利要求书的范围。 

Claims (14)

1.一种用作电容耦合等离子体处理室的部件的限定环，其中所述限定环的内表面提供有延伸的等离子体限定区，所述限定区包绕位于上部电极和支撑下部电极之间的间隙，在所述室中进行等离子体处理的过程中，半导体衬底被支撑于所述下部电极上，所述限定环包括：
环形上部壁，其水平延伸并且包含位于其内端的适于支承所述等离子体室的所述上部电极的外边缘的环形凸缘；
侧壁，其从上部壁的外端竖直向下延伸；和
环形下部壁，其从所述侧壁的下端向内水平延伸，所述下部壁包括沿圆周间隔开的径向延伸的槽，所述槽中的每一条有至少1.0英寸的长度，和0.05至0.2英寸的一致的宽度，所述槽均匀间隔，径向位置偏差不超过2°。
2.根据权利要求1所述的限定环，其中所述侧壁除了有一组布置成5排水平的直径约为0.030英寸的均匀隔开的通孔外，不含其它开口。
3.根据权利要求1所述的限定环，其中所述下部壁有约14.880英寸的内径和约0.25英寸的厚度。
4.根据权利要求1所述的限定环，其中所述上部壁有约16.792英寸的内径和约0.31英寸的厚度。
5.根据权利要求1所述的限定环，其中所述侧壁有约20.500英寸的外径，约20.000英寸的内径，和约0.25英寸的厚度。
6.根据权利要求1所述的限定环，其中所述上部壁的下部水平表面与所述下部壁的上部水平表面的空间间隔约0.850英寸。
7.根据权利要求1所述的限定环，其中所述槽中的每一条有约1.892英寸的长度和约0.08英寸的宽度，所述槽的端部是圆形的且所述槽中的每一条偏离其紧邻的槽1.25°，并且所述槽中的每一条相对于所述限定环的中心轴从约7.97英寸处径向延伸至约9.862英寸处。
8.根据权利要求1所述的限定环，其中所述下部壁包含在其内周缘向下延伸的环形凸起，所述环形凸起有约0.365英寸的宽度，并且向所述下部壁的下表面以下延伸约0.2英寸。
9.根据权利要求1所述的限定环，其中，所述环形凸缘由所述上部壁的上部内端的环形凹槽形成，所述环形凹槽由水平表面和竖直表面形成，其中，所述水平表面从所述上部壁的内周缘延伸约0.1245英寸，所述竖直表面从所述上部壁的上表面延伸约0.165英寸。
10.根据权利要求1所述的限定环，还包括所述上部壁的上表面上的8个7/16-28螺纹孔，其中所述螺纹孔的中心位于离所述限定环的中心轴约9.315英寸处且所述螺纹孔的中心彼此偏离45°；并且所述螺纹孔中的每一个有约0.2英寸的深度。
11.根据权利要求10所述的限定环，还包括第一、第二和第三对准销孔，其中：
所述对准销孔是无螺纹的；
所述对准销孔中的每一个有约0.116英寸的直径和约0.2英寸的深度；
所述对准销孔的中心位于离所述限定环的中心轴约9.5英寸处；
所述第三对准销孔逆时针方向偏离所述螺纹孔中的一个约34.5°；
所述第二对准销孔逆时针方向偏离所述第三对准销孔约115°；
所述第一对准销孔逆时针方向偏离所述第二对准销孔约125°。
12.根据权利要求1所述的限定环，其中所述限定环是单个整块的部件或者包括两个或两个以上沿着水平表面或者竖直表面机械地附着或者联接的部分。
13.根据权利要求1所述的限定环，其中所述限定环由导电材料制成。
14.根据权利要求1所述的限定环，其中所述限定环由铝制成。
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