CN203242597U - 分段式聚焦环组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及分段式聚焦环组件，其实施例包括聚焦环分段和聚焦环组件。在一种实施例中，聚焦环分段包括弧形主体，该主体具有下部环分段、中部环分段、顶部环分段和唇缘。下部环分段具有底表面，中部环分段也具有底表面，其中，中部环分段在中部环分段的底表面处连接到下部环分段。顶部环分段具有底表面，其中，顶部环分段在顶部环分段的底表面处连接到中部环分段。唇缘在中部环分段的上方水平地延伸，其中，唇缘朝着聚焦环分段的中心线在径向向内倾斜。在另一种实施例中，聚焦环组件包括至少一个第一环分段和第二环分段。
Description
技术领域
本实用新型的实施例大体上涉及用在等离子体处理室中的分段式聚焦环组件。
背景技术
半导体的持续演变要求在衬底上对越来越小的特征(feature)进行图案化。随着特征的尺寸缩减，制造商在维持对器件的特性和性能的控制方面面临挑战。维持对半导体衬底上的特征的临界尺寸的控制是用来形成这些特征的刻蚀处理的基本要求。在等离子体刻蚀处理期间，临界尺寸(CD)可能是栅极结构、沟槽或过孔(via)的宽度等。
随着技术节点的前进以及临界尺寸的缩减，越来越多的注意力放在了把衬底上的边缘排除部(edge-exclusion)的量减小上。边缘排除部指的是衬底的边缘附近的区域，该区域中不形成特征或器件。减小边缘排除部给在离衬底的边缘更近处形成更多器件提供了空间。随着在离边缘更近的地方形成结构，在刻蚀处理期间维持整个衬底上的CD均匀性变得更难。CD非均匀性的一个常见形式被称为“边缘滚降(edge roll-off)”，其特性在于衬底的边缘附近CD控制发生显著的降低。另外，CD偏差，即随着相继刻蚀掉一些层而造成的CD改变，也在边缘附近降低。
当前的等离子体刻蚀处理试图通过在衬底的边缘附近提供“聚焦环”来解决这种问题，聚焦环具有与衬底类似的组分。人们认为，聚焦环表现为正被刻蚀的膜的“延伸部”并促进了刻蚀副产品微粒在整个衬底上含量均匀。这进而促进了更为均匀的刻蚀速率。但是在某些室设计方案中，没有足够的空间来容纳传统的聚焦环。
因此需要传统聚焦环的替代品。
实用新型内容
本实用新型的实施例包括聚焦环分段(focus ring segment)和分段式聚焦环组件。在一种实施例中，聚焦环分段包括弧形主体，该主体具有下部环分段、中部环分段、顶部环分段和唇缘。下部环分段具有底表面，中部环分段也具有底表面，其中，中部环分段在中部环分段的底表面处连接到下部环分段并在下部环分段的上方水平地延伸。顶部环分段具有底表面，其中，顶部环分段在顶部环分段的底表面处连接到中部环分段。唇缘在中部环分段的上方水平地延伸，其中，唇缘朝着聚焦环分段的中心线在径向向内倾斜。
在另一种实施例中，分段式聚焦环组件包括至少一个第一环分段和第二环分段。这些环分段各自包括弧形主体，该主体具有下部环分段、中部环分段、顶部环分段和唇缘。下部环分段具有底表面，中部环分段也具有底表面，其中，中部环分段在中部环分段的底表面处连接到下部环分段并在下部环分段的上方水平地延伸。顶部环分段具有底表面，其中，顶部环分段在顶部环分段的底表面处连接到中部环分段。唇缘在中部环分段的上方水平地延伸，其中，唇缘朝着聚焦环分段的中心线在径向向内倾斜。
附图说明
参考实施例能够详细理解上文简要描述的本实用新型的上述特征，这些实施例对本实用新型进行了更具体的描述，附图中示例了这些实施例中的一些。但是应当注意，附图图示的仅仅是本实用新型的典型实施例，因此不应认为是对其范围的限制，因为本实用新型可以采用其他等效实施方式。
图1是根据本实用新型的一种实施例，具有分段式聚焦环的处理室的示意性剖视图；
图2是图1的处理室的衬底支撑件的俯视图，聚焦环组件由虚线示出；
图3是根据本实用新型一种实施例的聚焦环分段的仰视图；
图4是根据本实用新型另一实施例的聚焦环分段的仰视图；
图5是沿图3的剖切线所取的聚焦环分段的剖视图。
为了便于理解，在可行之处，对于各图中共有的相同要素使用了相同的标号。还想到了(虽然没有具体指出)在一种实施例中公开的要素也可以用在其他实施例上以获益。
具体实施方式
图1是根据本实用新型的一种实施例，具有分段式聚焦环组件102的处理室100的示意性剖视图。处理室100具有室主体140，室主体包括侧壁104和底部106。盖子142布置在室主体140上并封闭处理体积108。处理室100被耦合到气体源110、真空泵112和电源114。
衬底支撑组件116大体上布置在处理室100的处理体积108内。衬底支撑组件116包括衬底支撑件118，衬底支撑件布置在衬底支撑支座(pedestal)138上。衬底支撑支座138布置在室底部106上。在处理期间，衬底支撑件118支撑衬底120。
聚焦环组件102被支撑在衬底支撑组件116上，并与衬底支撑件118的边缘144接合。聚焦环组件102的尺寸被设置成紧密地围绕衬底120而被限定到预定区域，衬底120在该区域中被布置在衬底支撑件118上，使衬底在处理期间不会显著地滑动或运动。
在一种实施例中，处理室100包括抬升(lift)环132，抬升环具有多个抬升指状物(finger)134。抬升环132被耦合到致动器136(例如直线致动器或电动机)，该致动器能够对抬升环132在处理体积108内的垂直升高进行控制。抬升指状物134被构造成：当抬升环132处于传送位置(未示出)的时候，在衬底支撑组件116与衬底传送装置(例如机器人)之间传送衬底。抬升指状物134与切除部146对准，这些切除部146形成于衬底支撑组件116中，以使衬底120在衬底支撑组件116上方的传送位置与布置在衬底支撑件118上的处理位置之间运动。
气体入口，例如喷嘴或气体分配板(在图1中被图示成气体分配板122)，被用来把处理气体和其他气体提供到处理体积108中。气体分配板122在衬底支撑组件116上方布置在室100中。气体分配板122可以包括多个气体通道124。
在图1所示的实施例中，气体源110提供气体，这些气体经过其他分配板122进入处理体积108。处理气体经过气体分配板122向衬底支撑组件116流动，并经过位于处理室100的底部106的排出端口126而由真空泵112排空。节流阀128被布置在排出端口126中，并被与真空泵112结合使用以控制处理体积108中的压力。
在图1所示的实施例中，气体分配板122经过匹配线路130而连接到电源114。电能经过匹配线路130而被提供到气体分配板122，以对处理室100中提供的处理气体和其他气体通电来在其中形成和/或维持等离子体。
图2是衬底支撑件118的俯视图，衬底支撑件具有由虚线所示的聚焦环组件102。在一种实施例中，聚焦环组件102具有多个环分段，在图中被表示成两个大的环分段200和一个小的环分段202。这些环分段200、202被间隔开，以有利地使抬升环132的抬升指状物134能够经过聚焦环组件102，从而使这些抬升指状物134能够把衬底120在处理位置(如图1所示)与衬底支撑件118上方间隔开的传送位置之间运动。
聚焦环组件102的各个环分段200、202包括弧形的主体220。每隔弧形主体220可以由铝、石英或任何其他合适的材料制造。在图2所示的实施例中，聚焦环组件102具有两个大的环分段200和一个小的环分段202。
聚焦环组件102的这些环分段200、202被布置成与衬底支撑件118的中心线同心的极性阵列。这些环分段200、202被排列成形成环形，其中，相邻的环分段200、202被间隔开，以暴露出切除部146的足够大的部分，使得当衬底120从衬底支撑件118抬升和向衬底支撑件放下时，抬升指状物134能够经过这些环分段200、202之间。
图3和图4是根据本实用新型一种实施例，大的环分段200和小的环分段202的仰视图。在一种实施例中，大的环分段200具有弧形角度“A”，该角度在大约63度与大约73度之间，例如68度。小的环分段202具有弧形“B”，它在大约39度与大约49度之间，例如44度。大的环分段200和小的环分段202都包括形成于主体220的底表面中的孔206和弧形的槽208，如下文中参考图5所述。孔206和槽208被构造成接纳从衬底支撑件118延伸的衬底支撑销(未示出)，以使聚焦环组件102的这些环分段200、202与衬底支撑组件116对准。槽208具有宽度C，该宽度大约是弧形分段D的长度的两倍，限定了槽208的长度。在一种实施例中，C在大约0.26英寸与大约0.28英寸之间，例如0.27英寸；D在大约0.13英寸与大约0.15英寸之间，例如0.14英寸。槽208的弧形使得环分段200、202能够在不失去与衬底支撑件118的同心性或者显著改变内径的情况下显著扩大。
图5是沿图3或图4中经过孔206的剖切线所取的聚焦环组件102的剖视图。为了便于说明，标号500既表示大的环分段200，也表示小的环分段202，下文中称为分段500。每个分段500的主体220包括外壁502、下部环分段504、中部环分段506和顶部环分段508。下部环分段504、中部环分段506和顶部环分段508大体上在与该分段的中心线(CL)垂直的平面中堆叠，把分段500的弧形限定成组成主体220的一个整体结构。外壁502具有高度E，该高度在大约0.60英寸与0.70英寸之间，例如0.65英寸。下部环分段504具有底表面512和下部环分段内壁524，其中，底表面512也限定了分段500的底表面。外壁502与底表面512以圆角相交，该圆角的半径在大约0.01英寸与大约0.11英寸之间，例如0.06英寸。底表面512与下部环分段的内壁524以圆角相交，该圆角的半径在大约0.01英寸与大约0.07英寸之间，例如0.02英寸。下部环分段504具有高度F，该高度被限定在中部环分段506的底表面510与下部环分段504的底表面512之间，大小在大约0.21英寸与大约0.31英寸之间，例如0.26英寸。下部环分段504具有外直径G，大小在大约13.70英寸与大约13.80英寸之间，例如13.75英寸。在一种实施例中，外直径G也是分段500的外直径。下部环分段504具有内直径H，大小在大约12.58英寸与大约12.68英寸之间，例如12.63英寸。
中部环分段506具有高度I，该高度被限定在顶部环分段508的底表面514与中部环分段506的底表面510之间，大小在大约0.18英寸与大约0.28英寸之间，例如0.23英寸。底表面510与下部环分段的内壁524以圆角相交，该圆角的半径在大约0.01英寸与大约0.07英寸之间，例如0.02英寸。中部环分段506具有内直径J，大小在大约11.91英寸与大约12.01英寸之间，例如11.96英寸。有利的是内直径J小于内直径H，使底表面510能够由衬底支撑组件116支撑，同时离衬底120较近以保护衬底支撑组件116不受处理环境影响。
在一种实施例中，如图5所示，中部环分段506的底表面510中形成有孔206。孔206具有直径K，该直径的尺寸与槽208的直径D相同。孔206具有内部高度L，大小在大约0.15英寸与大约0.25英寸之间，例如0.20英寸。尽管图5中未示出，但是槽208也形成在中部环分段506的底表面510中。
顶部环分段508具有顶表面518和唇缘520。顶部环分段508的顶表面518也限定了分段500的顶表面。顶部环分段508具有内直径M，大小在大约11.79英寸与大约11.89英寸之间，例如11.84英寸。唇缘520在中部环分段506的内侧向分段500的中心线水平地延伸。唇缘520具有倾斜的内表面522，该表面从顶表面518向分段500的中心线在径向向内且向下延伸，并与顶部环分段508的底表面514相交。
倾斜的内表面522与顶表面518以圆角相交，该圆角的半径在大约0.01英寸与大约0.11英寸之间，例如0.06英寸。外壁502与顶表面518以圆角相交，该圆角的半径在大约0.01英寸与大约0.11英寸之间，例如0.06英寸。倾斜的内表面522与顶表面518限定了角度N，该角度在大约70度与大约80度之间，例如75度。倾斜的内表面522使可能相对于衬底支撑件118略微失准的衬底能够被导向与衬底支撑件118最好更为同心的位置。唇缘520以内的与内直径M对应的区域有利地形成了衬底接纳凹部，该凹部紧密地配合在衬底120周围。在一种实施例中，衬底接纳凹部被构造成：通过防止衬底120与衬底支撑组件116的中心显著失准，来增强温度均匀性。另外，有利的是选择内直径M来提供与衬底120的相当紧密的配合，从而改善处理均匀性结果，同时使衬底支撑件118暴露于处理环境的面积尽可能小。
由于各个分段200、202之间的尺寸(即，各个分段的直径)的均匀性对于增强把衬底120在衬底支撑件118的表面上均匀定位以及衬底120上方的等离子体均匀性而言是重要的，所以这些分段200、202可以从单一的环来制造，这个环被切割成尺寸合适的分段。这确保了各个分段的尺寸均匀性，而如果单独制造各个分段200、202则可能难以实现这样的均匀性。
尽管上文针对的是本实用新型的实施例，但是在不脱离本实用新型的基本范围的情况下可以想到本实用新型其他的和进一步的实施方式，因此其范围由所附权利要求来确定。
Claims (20)
1.一种聚焦环分段，其特征在于包括：
弧形主体，包括：
下部环分段，具有底表面；
中部环分段，具有底表面，其中，所述中部环分段在所述中部环分段的底表面处连接到所述下部环分段，并在所述下部环分段的上方水平地延伸；
顶部环分段，具有底表面，其中，所述顶部环分段在所述顶部环分段的底表面处连接到所述中部环分段；以及
唇缘，在所述中部环分段的上方水平地延伸，其中，所述唇缘朝着所述聚焦环分段的中心线在径向向内倾斜。
2.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述聚焦环分段具有外壁，所述外壁的高度约为0.65英寸。
3.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述下部环分段具有的外径约为13.75英寸。
4.如权利要求3所述的聚焦环分段，其中，所述下部环分段具有的内径约为12.63英寸。
5.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述中部环分段具有的高度约为0.23英寸。
6.如权利要求5所述的聚焦环分段，其中，所述中部环分段具有的内径约为11.96英寸。
7.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述中部环分段包括孔。
8.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述中部环分段包括槽。
9.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述顶部环分段具有的高度约为0.23英寸。
10.如权利要求9所述的聚焦环分段，其中，所述顶部环分段具有的内径约为11.84英寸。
11.如权利要求9所述的聚焦环分段，其中，所述唇缘以大约75度的角度倾斜。
12.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述聚焦环具有大约44度的弧形角度。
13.如权利要求1所述的聚焦环分段，其中，所述聚焦环具有大约68度的弧形角度。
14.一种聚焦环组件，其特征在于包括：
至少一个第一环分段和第二环分段，其中，这些环分段各自包括弧形主体，该弧形主体包括：
下部环分段，具有底表面；
中部环分段，具有底表面，其中，所述中部环分段在所述中部环分段的底表面处连接到所述下部环分段，并在所述下部环分段的上方水平地延伸；
顶部环分段，具有底表面，其中，所述顶部环分段在所述顶部环分段的底表面处连接到所述中部环分段；以及
唇缘，在所述中部环分段的上方水平地延伸，其中，所述唇缘朝着所述聚焦环分段的中心线在径向向内倾斜。
15.如权利要求14所述的聚焦环组件，其中，所述至少一个第一环分段包括两个第一环分段。
16.如权利要求15所述的聚焦环组件，其中，所述第一环分段具有的弧形角度比所述第二环分段的弧形角度更大。
17.如权利要求16所述的聚焦环组件，其中，所述第一环分段的弧形角度约为68度，所述第二环分段的弧形角度约为44度。
18.如权利要求15所述的聚焦环组件，其中，所述下部环分段具有的外径约为13.75英寸。
19.如权利要求15所述的聚焦环组件，其中，所述下部环分段具有的内径约为12.63英寸。
20.如权利要求15所述的聚焦环组件，其中，所述两个第一环分段和所述第二环分段是从一个环制造成的。
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