TWI416996B - 包含用於減少聚合物沈積之射頻吸收材料的電漿限制環 - Google Patents

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Description

包含用於減少聚合物沈積之射頻吸收材料的電漿限制環
電漿處理腔室可包含一上部電極及一下部電極。在電漿處理期間，該上部電極通常面對一用以支撐一半導體基板之基板支撐物。在電漿處理期間，向一或兩個電極供電，以活化處理氣體且產生電漿以處理該基板。
電漿蝕刻可在電漿處理腔室中進行以蝕刻作為半導體基板上之層提供的所選材料。選擇處理條件以使得電漿於層中蝕刻出所要特徵。
用於電漿處理腔室之電漿限制環總成之電漿限制環實施例包括一表面及一射頻損耗材料。當該電漿限制環曝露於電漿處理腔室中之電漿中時，該射頻損耗材料可有效地耦合射頻能量，以使得表面達到足夠高之溫度以大體上減少表面上之聚合物沈積。
用於電漿處理腔室之電漿限制環總成之實施例包括至少兩個堆疊排列之電漿限制環。每一電漿限制環包括一曝露於電漿中之表面及一射頻損耗材料。當電漿限制環曝露於電漿處理腔室中之電漿中時，該射頻損耗材料可有效地耦合射頻能量，以使得每一電漿限制環之曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度以大體上減少曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積。
用於電漿處理腔室之電漿限制環總成之另一實施例包括至少兩個堆疊排列之電漿限制環。每一電漿限制環包括一射頻損耗材料之曝露於電漿中之表面。當電漿限制環曝露於電漿處理腔室中之電漿中時，該射頻損耗材料可有效地耦合射頻能量，以使得每一電漿限制環之曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，以大體上減少曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積。
用於電漿處理腔室之電漿限制環總成之另一實施例包括至少兩個堆疊排列之電漿限制環。每一電漿限制環包括一曝露於電漿中之表面及一未曝露於電漿中之嵌入式射頻損耗材料。當電漿限制環曝露於電漿處理腔室中之電漿中時，該射頻損耗材料可有效地耦合射頻能量，以使得每一電漿限制環之曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，以大體上減少曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積。
用於電漿處理腔室之電漿限制環總成之另一實施例包括一裝配環，該裝配環包含一用以支撐於一外環上之內環。該內環包含一曝露於電漿中之內表面、一相對於該內表面之外表面及一處於該外表面上之一導電、低發射率材料之塗層。至少兩個電漿限制環用以堆疊排列且自裝配環懸掛下來。
在電漿處理腔室中處理一半導體基板之方法之實施例包括將處理氣體提供於包括至少兩個堆疊排列之電漿限制環的電漿處理腔室中，其中每一電漿限制環包括一曝露於電漿中之表面及一射頻損耗材料；且自該處理氣體產生電漿，並於電漿處理腔室中蝕刻一半導體基板。在蝕刻期間，該射頻損耗材料耦合射頻能量以使得每一電漿限制環之曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，以大體上減少曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積。
諸如電容耦合式腔室之平行板電漿處理腔室，其包含一上部電極(諸如一蓮蓬頭電極)及一下部電極。該上部電極通常面對一待處理之半導體基板。在電漿處理期間，向一或兩個電極供電以活化處理氣體並產生電漿以處理該基板。
該等電漿處理腔室之內表面可為供電表面(如"射頻熱表面")、接地表面或浮接表面(包括絕緣材料)。在電漿處理期間，將不同能量供給至或衝擊於不同類型之表面上。平行板電漿處理腔室中一腔室零件之加熱特性取決於供給至該零件之曝露表面的離子能量及離子流，且亦取決於該零件之紅外(IR)能量吸收特性。接地(迴路)表面及供電表面自電漿接收顯著離子能量。因此，該等表面傾向於比浮接零件或表面受更多熱，且亦傾向於達到顯著不同之溫度。
高度聚合處理氣體化學，諸如含有碳氟化合物、氫氟碳化物之處理氣體或該等氣體之前驅體，可用於蝕刻諸如氧化矽之介電材料。在該等電漿蝕刻過程中，聚合物可沈積於電漿處理腔室之內表面上。該聚合物沈積物不合需要，因為其會自表面剝落，且污染經處理之基板(如經處理之晶圓)，亦會污染該腔室。然而，隨著器件特徵持續收縮，更需要保持基板及曝露於電漿中之腔室表面自晶圓至晶圓之潔淨，以獲得可重複之處理結果。因此，需要減少且較佳地防止腔室零件之內表面上之聚合物蝕刻沈積物的形成。
在電漿處理操作期間，可藉由熱傳導(當該零件與另一表面物理接觸時)、輻射(當電磁波傳熱至及/或自該零件時)及對流(當熱由腔室中一移動流體傳送時)自及/或至零件及其他腔室表面轉移熱。自零件之對流熱損失隨腔室壓力的增加而增加。在電漿處理期間，根據以下關係：Q＝mc△T，一曝露於電漿中之零件或表面的溫度增加△T取決於加至該零件或表面之熱量Q及該零件之質量m及比熱c。因此，對於加至一零件之特定熱量，零件質量增加會減小零件溫度之增加。因此，一具有高質量(或高熱容量)之零件在電漿處理時不會達到足夠高之溫度，從而避免零件曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積。
在電漿處理操作中，聚合物沈積物通常更易形成於電漿處理腔室之較冷的曝露於電漿中之表面上。與供電表面或接地表面相比，浮接表面傾向於為較冷表面，使其通常更易於發展聚合物沈積。
電漿處理腔室中一些零件之曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積的問題，可藉由主動加熱該(等)零件來解決。舉例而言，可加熱腔室壁以使其曝露於電漿中之內表面保持足夠高之溫度，從而避免該(等)表面上之聚合物沈積。蓮蓬頭電極總成及靜電夾盤亦可使用主動溫度控制。然而，因為該等表面係供電表面或接地表面，且隨後經受高離子能量，與浮接表面相比，即使該等供電或接地表面無主動加熱，聚合物也不易沈積於該等表面上。
或者，可藉由自腔室表面移除已形成之聚合物沈積物以處理該聚合物沈積問題。舉例而言，可使用主動電漿化學移除聚合物沈積物。或者，可對電漿腔室進行濕式清潔以自腔室表面移除聚合物沈積物。然而，該等清潔技術減少處理產量。
為達到需要之處理效率及蝕刻均一性，可將電漿限制於一限定於平行板電漿處理腔室之上部電極與下部電極間的電漿限制區域內。電漿限制環總成可用於提供該電漿限制。共同擁有之美國專利第5,534,751號、第5,998,932號、第6,019,060號、第6,178,919號及第6,527,911號揭示例示性電漿限制環總成，其每一者之全文以引用的方式併入本文中。如美國專利第5,534,751號所描述，一電漿限制環總成可包含複數個電漿限制環。該等環堆疊排列，將放射狀延伸之複數個氣體通道限定於自一內表面至一外表面之鄰接環之間。電漿中之帶電粒子通過通道時經中和，從而使電漿限制區域外部(即電漿之未限制)之放電趨勢最小化。
亦如美國專利第5,534,751號所述，在電漿蝕刻過程中，電漿限制環總成可限定聚合物僅沈積於電漿限制環本身。然而，需要大體上減少且較佳地防止限制環上之該等聚合物沈積，以大體上減少且較佳地防止腔室及基板之污染問題，亦避免自該等電漿限制環移除已形成之聚合物沈積物的額外腔室清潔步驟。
根據上述聚合物沈積問題，已確定可提供電漿限制環，其用於在該等環之曝露於電漿中之表面上達到足夠高之溫度，以大體上減少且較佳地防止彼等表面上之聚合物沈積，而無需主動加熱該等表面。更特定言之，電漿限制環可於包含曝露於電漿中之表面之該等環的選定部分進行定域加熱。藉由一射頻損耗材料實現定域加熱。
如本文所用，"射頻損耗材料"係可吸收射頻能量之導電材料，意即射頻輻射無法穿透之材料。因此，該射頻損耗材料可耦合射頻能量。因此，該射頻損耗材料經加熱。可用於電漿限制環之例示性射頻損耗材料包含(但不限於)摻雜矽(意即經適合類型及量之摻雜劑摻雜以控制其電阻率之矽)及SiC。此外，對於該等電漿限制環之一些實施例，射頻損耗材料可為金屬材料，其包含金屬、金屬合金及磁性材料。
射頻損耗材料具有一集膚深度。該"集膚深度"通常定義為在導體表面下之深度，該處電流為表面電流之1/e(0.37)倍。集膚深度d係由下列方程式給出：d＝(2ρ/ωμ)1 / 2 ，其中ρ係該材料之電阻率，ω係電流之角頻率(意即ω＝21 πf，其中f為頻率)，且μ係材料之絕對導磁率。根據該方程式，集膚深度隨射頻損耗材料之電阻率的增加而增加。舉例而言，已報導SiC之電阻率可自約102 μΩ．cm至約105 μΩ．cm間變化。因此，在該電阻率範圍內及射頻頻率為13.56 MHz時，SiC之集膚深度可在約150 μm至約5000 μm之範圍內。
除了導電之外，射頻損耗材料較佳具有一足夠容量(意即熱質量)，以使得其在電漿處理腔室中產生電漿期間內，可吸收足夠之射頻能量，使得該射頻損耗材料達到足夠高之溫度，以大體上減少且較佳地防止該射頻損耗材料上之聚合物沈積。在一實施例中，射頻損耗材料可具有一適合厚度以耦合射頻能量且提供足夠之熱質量。舉例而言，對於在電漿處理腔室中入射於射頻損耗材料上之射頻頻率，所使用之射頻損耗材料之厚度可在自約射頻損耗材料之集膚深度至約三倍之其集膚深度之範圍內。對於用於包含一種以上可供給射頻功率而不僅是頻率之射頻源的電漿處理腔室，(例如)射頻材料之厚度可基於電漿處理腔室中該射頻材料曝露於其中之最低頻率進行選擇。
在該等電漿限制環中，射頻損耗材料可曝露於電漿處理腔室中。在其他實施例中，可保護射頻損耗材料不曝露於電漿中。舉例而言，射頻損耗材料可為該等電漿限制環之一或多個表面上之塗層。在另一實施例中，一或多個電漿限制環之一部分可由射頻損耗材料組成。在另一實施例中，射頻損耗材料可嵌入一或多個電漿限制環中(意即由另一曝露於電漿中之材料封閉)，以使得射頻損耗材料不曝露於電漿中。
圖1描述一電漿限制環總成10之實施例。電漿限制環總成10之實施例包含至少兩個電漿限制環。如圖1所示之電漿限制環總成10包括同心排列之裝配環12及四個自該裝配環12懸掛下來之電漿限制環14、16、18及20。裝配環12及該等電漿限制環14、16、18及20較佳地可垂直移動以調整其在電漿處理腔室中之位置，例如以控制該等電漿限制環間之間隙尺寸。圖1中展示電漿限制環14、16、18及20堆疊排列，在各對環14與16、16與18及18與20之間具有放射狀延伸之間隙。該等間隙提供氣體流動通道。
裝配環12及電漿限制環14、16、18及20係諸如石英、熔融矽砂、氮化矽或氧化鋁之電絕緣(介電)材料之電浮零件。高純度石英係用於該等零件之較佳材料，且尤其係用於介電材料之蝕刻過程。石英係射頻可穿透的。
在圖1所示之實施例中，裝配環12及每一電漿限制環14、16、18及20係單片絕緣材料。
如圖1所示，電漿限制環14、16、18及20藉由裝配元件(諸如包括一或多個吊架22之元件)可連接至裝配環12，每一者擴展至一形成於每一電漿限制環14、16、18及20中之各自之孔24。一嵌件26可插入每一孔24中，以防止吊架22與電漿限制環14、16、18及20之直接接觸。一彈簧28可裝配至該吊架22之一內軸30上，其以回彈力偏壓該吊架22至於一配件32。
對於蝕刻圓形半導體基板，電漿限制環14、16、18及20分別包含一內徑表面34、36、38、40及一外徑表面42、44、46、48。該內徑表面34、36、38及40係曝露於電漿中之表面。電漿限制環14、16、18及20具有一適於待處理之基板尺寸之尺寸，例如，約17吋之內徑用於處理300 mm之晶圓。如圖1所示，各個電漿限制環14、16、18及20之內徑表面34、36、38及40較佳互相垂直排列，且與裝配環12垂直排列。
在該實施例中，射頻損耗材料以一塗層塗覆於該等各自電漿限制環14、16、18及20之內徑表面34、36、38及40之一或多個(較佳為每一個)上。舉例而言，該塗層可為摻雜矽或SiC。該塗層可藉由任何適合之沈積技術塗覆，諸如濺鍍沈積、化學氣相沈積(CVD)、熱或電子束沈積或電漿噴敷沈積。該塗層較佳覆蓋電漿限制環之整個內徑表面，以使受熱表面積達最大。在其他實施例中，塗層可覆蓋小於一或多個電漿限制環之整個內徑表面。
在電漿處理腔室中，對於入射於射頻損耗材料上之射頻頻率，射頻損耗材料之塗層可具有一(例如)自約射頻損耗材料之集膚深度至約其三倍集膚深度之適合厚度範圍。
在半導體基板之電漿處理期間，在電漿處理腔室中，電漿限制環14、16、18及20由電漿加熱，且亦經受其他熱轉移機構。射頻損耗材料耦合射頻能量，且隨後優先受熱。因此，各自電漿限制環14、16、18及20之內徑表面34、36、38及40可達到足夠高之溫度，以大體上減少且較佳防止在電漿處理時該等表面上之聚合物沈積。
在另一實施例中，限制環總成之一或多個(更佳為每一個)電漿限制環經建構以減少自包含射頻損耗材料之限制環部分至鄰接於射頻損耗材料之限制環部分的熱傳導，從而保持射頻損耗材料於足夠高之溫度，以大體上減少且較佳防止限制環上之聚合物沈積。在該實施例中，一或多個(較佳為每一個)電漿限制環包含一可減少自射頻損耗材料至電漿限制環鄰接部分之熱傳導之阻熱閥。
在該實施例中，電漿限制環總成10之至少一個電漿限制環可具有一多片結構。舉例而言，圖2所示之電漿限制環220之實施例包括一支撐於一外環223上之內環221。該內環221及該外環223可為諸如石英或其類似物之介電材料。內環221包含一曝露於電漿中之內徑表面240，該內徑表面240由射頻損耗材料之一塗層241塗覆於其上。
在另一實施例中，整個內環221係由射頻損耗材料構成。舉例而言，該內環221可由摻雜矽或SiC構成。該外環223可由適合之諸如石英或其類似物之介電材料構成。
在電漿限制環220中，內環221支撐於外環223之上，以將至少一間隙225限定於內環221與外環223之相對表面之間。該間隙225起一阻熱閥之作用，其可有效地減少自內環221至外環223之熱傳導，尤其是當內環221之內徑表面240曝露於電漿中時。藉由提供間隙225，內徑表面240可保持於足夠高之溫度，以大體上減少且較佳防止在電漿處理時表面240上之聚合物沈積。
圖3A及3B描述電漿限制環320之另一實施例，該電漿限制環320包含一內徑表面340及一嵌入式(即封閉式)射頻損耗材料360。該嵌入式射頻損耗材料360可提供於限制環總成之一或多個(較佳為每一個)電漿限制環中。
如圖3A所示，射頻損耗材料可具有一圓形組態。在電漿處理期間，為使由射頻損耗材料360加熱造成之內徑表面340之加熱達最大，射頻損耗材料360與內徑表面340間之徑向距離可降至最小。
如圖3B所示，電漿限制環320可具有一兩片式結構，其包含一上部環部分362及一沿一界面370結合之下部環部分364。射頻損耗材料360可置於一形成於該上部環部分362及/或該下部環部分364中之收縮孔361中。該收縮孔361可具有任何適合之形狀，諸如半圓形、圓形(所示)、溝槽組態或其類似物。該收縮孔361可藉由適於處理電漿限制環320之材料的技術(諸如雷射切除或蝕刻)形成。射頻損耗材料360可沿收縮孔361連續擴展，以增強整個內徑表面340周圍之加熱均一性。或者，射頻損耗材料360可不連續地擴展。射頻損耗材料360可為(舉例而言)固體顆粒或粉末之形式。
電漿限制環320之上部環部分362及下部環部分364可以任何適合結合技術沿界面370結合。舉例而言，該上部環部分362及下部環部分364可藉由適合黏著劑鍵結，該黏著劑諸如與腔室狀態相容之彈性體材料，在電漿處理半導體基板期間，其通常面對電漿限制環，正如共同擁有之美國專利第6,073,577號所描述，其全文係以引用的方式併入本文中。該彈性體材料可選擇性地包含導熱顆粒之填充劑。
該彈性體可含有導熱材料顆粒，例如Si、SiC、金屬或金屬合金，以增強該彈性體之熱導率。該金屬適用於電漿處理腔室之對雜質敏感之環境中。該導熱彈性體可塗覆於射頻損耗材料360與內徑表面340間之界面370處，以增強熱轉移，且進而使內徑表面340上之聚合物沈積達最少。
在另一實施例中，上部環部分362及下部環部分364可藉由熔接技術於界面370處結合。舉例而言，該熔接技術可為使用CO2 雷射或其類似物之雷射熔接。上部環部分362及下部環部分364可於內徑表面340及外徑表面348周圍之界面370處雷射熔接。
藉由於電漿限制環320中嵌入射頻損耗材料360，可保護射頻損耗材料360不曝露於電漿中。因此，射頻損耗材料360可為提供射頻耦合之諸如金屬、金屬合金或磁性材料(如肥粒鐵)之材料。該所選材料可具有適合熱導率及熱容，在電漿處理過程中以達到足夠高之溫度，以導致對曝露於電漿中之內徑表面340之足夠加熱，以大體上減少且較佳防止內徑表面340上之聚合物沈積。
圖4A－4C描述電漿限制環總成400之另一實施例。該限制環總成400包括一裝配環402及自該裝配環402懸掛下來之電漿限制環420、430及440之堆疊。裝配環402包括支撐於外環405上之內環410。該內環410包含一曝露於電漿中之內表面412、一與內表面412相對之外表面413及一外表面413上之塗層414。該塗層414藉由一間隙416與該外環405分離開來，該間隙提供熱阻隔。
電漿限制環420、430及440包含各自之曝露於電漿中之內表面422、432、442及外表面428、438、448。在該實施例中，電漿限制環總成400可包含比三個電漿限制環420、430及440更多之環，諸如四個或四個以上之環，或其可包含兩個環。
在該實施例中，內環410較佳由諸如石英之射頻可穿透材料構成。該間隙416可減少自內環410至外環405之傳導熱轉移。自內環410至外環405之熱損耗可由輻射損耗支配(由T4 發射率支配)。為減少該等輻射損耗，內環410之外表面413上之塗層414係由導電、低發射率之材料構成。舉例而言，塗層414可為適合金屬，諸如鎳、氧化銦錫(ITO)、氟化氧化錫(FTO)或其類似物。於外表面413上塗覆塗層414導致內環410將更少功率輻射於外環405，意即導致減小之熱損耗，其可有效地保持內環410更熱。同樣，因為內環410對射頻可穿透，射頻可導致塗層414中產生電流，此導致功率耗散於塗層中。因為塗層414係鍵結至內環410，所以塗層414可補充內環410之加熱功率。
內環410可具有任何適合尺寸。舉例而言，內環410之厚度可在約0.05吋至約0.30吋，較佳自約0.10吋至約0.20吋之範圍內。
在該實施例中，外環405包括複數個圓周間隔之收縮孔417，其形成於外環405之內周邊。圖4B及4C展示外環405之一部分，該外環405包含一收縮孔417及一可移動收入收縮孔417中之支撐元件415(圖4C)。如圖4A所示，內環410支撐於該支撐元件415上。支撐元件415(例如)可為圓球，或其可具有其他適合形狀。該等圓球提供支撐元件415與內環410間減少之接觸面積，其可減少自內環410至外環405之熱傳導。支撐元件415可為TEFLON(聚四氟乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)或其類似物。
如圖4A所示，電漿限制環420及430可分別包含阻熱閥424、426及434、436。限制環440亦可包含一或多個阻熱閥。該等阻熱閥424、426及434、436可為形成於各自之電漿限制環420、430中之槽。在電漿處理操作中，當該等表面曝露於電漿中時，該等阻熱閥可分別減少自曝露於電漿中之內表面422、432之熱轉移。因此，在電漿處理期間，內表面422、432可達到足夠高之溫度，以大體上減少且較佳地防止內表面422、432上之聚合物沈積。共同擁有之美國專利申請案第11/083,241號描述可用於電漿限制環總成400之電漿限制環420、430及440之適合阻熱閥，該專利申請案全文係以引用的方式併入本文中。
電漿限制環總成之其他實施例之電漿限制環亦可包含阻熱閥。舉例而言，圖1所示之電漿限制環總成10之一或多個電漿限制環14、16、18及20可包含一或多個槽，在電漿處理期間，以進一步增強各自內表面34、36、38及40之加熱。
射頻損耗材料可大體上減少且較佳地防止電漿限制環之表面上之聚合物沈積，射頻損耗材料係置於電漿限制環之表面上(在實施例中射頻損耗材料係曝露於電漿中)，或鄰接射頻損耗材料之表面上(在實施例中射頻損耗材料未曝露於電漿中)。然而，在電漿處理操作中，少量聚合物會沈積於任何一電漿限制環上，可在連續晶圓處理間使用氧電漿處理將該等聚合物沈積物自電漿限制環移除。電漿限制環達到之溫度較佳應足夠高，使得藉由氧電漿可大體上移除沈積於一或多個電漿限制環上之聚合物。舉例而言，在氧電漿處理時腔室壓力可為約500 mTorr至約700 mTorr。
在另一實施例中，電漿限制環總成之一或多個電漿限制環可包含具有表面粗糙特性以增強該等電漿限制環上聚合物之黏著力的外表面。在該實施例中，在對半導體基板進行電漿處理時，可沈積於粗化表面上之聚合物黏附於該表面，因而該聚合物不會剝落至晶圓表面上或半導體基板上。舉例而言，在圖2所示之多片電漿限制環220中，外環部分223之上部及/或下部表面可粗糙化(例如，藉由珠粒噴擊)以增強聚合物於該(等)表面上之黏著力。
圖5描述一電容耦合電漿處理腔室500之例示性實施例，電漿限制環總成10安裝於其中。電漿處理腔室500包含一具有一底面504之上部電極502。在該實施例中，該底面504包含一臺階506，該臺階506用以控制鄰接該上部電極502之曝露表面之一形成的局域電漿密度，如美國專利第6,391,787號所描述，其全文係以引用的方式併入本文中。在該實施例中，上部電極502係蓮蓬頭電極，其包含經排列以分配處理氣體進入電漿處理腔室500之氣體通道508。上部電極502可為矽(例如，單晶矽或多晶矽)或碳化矽。
在該實施例中，上部電極502係單片電極(例如，用於200 mm之晶圓處理)。上部電極502可裝配(例如，彈性體鍵結)至一適合材料(諸如石墨或碳化矽)之背板元件510。該背板元件510包含氣體通道512，其與上部電極502中對應之氣體通道508進行流動流通。
在另一實施例中，上部電極502可具有一兩片式結構(例如，用於300mm之晶圓處理)，且含有一單片內電極元件及一環繞該內電極元件之外電極元件，如共同擁有之美國專利申請案第10/743,062號所描述，其全文係以引用的方式併入本文中。在該實施例中，如美國專利申請案第10/743,062號所描述，背板元件510可包含一背板及一背環，該背板與內電極元件共同擴展，該背環與外電極元件共同擴展。
在圖5所示之電漿處理腔室500之實施例中，一熱控制板514支撐於背板元件510上。如美國專利申請案第10/743,062號所描述，該熱控制板514可包含一或多個可操作加熱器以控制上部電極502之溫度。
電漿處理腔室500包含一用於供應處理氣體至上部電極502之氣體源(未展示)。該處理氣體經上部電極502中之氣體通道508分配於腔室中。上部電極502可藉由一匹配網路由一射頻電源516供電。在另一實施例中，上部電極502可電接地以提供由電漿處理腔室500之基板支撐520之底部電極供電的電力迴路。
在該實施例中，處理氣體供應於電漿處理腔室500中上部電極502與半導體基板522(例如，半導體晶圓，其支撐於基板支撐520上)間之空間內的電漿產生區域。基板支撐520可包含一靜電夾盤524，其藉由靜電夾力將半導體基板522緊固至基板支撐上。該靜電夾盤524作用為一下部電極，其可藉由射頻電源525、527(通常經由匹配網路)中至少一者實現偏壓。
在對半導體基板522進行電漿處理期間，電漿限制環總成10將電漿限定於介於上部電極502與半導體基板522間之電漿限定區域中。邊緣環526、528可經排列以環繞半導體基板522，以聚焦電漿從而增強蝕刻均一性。
真空泵(未展示)係用以保持電漿處理腔室500內部之所需之真空壓力。
可使用之例示性平行板電漿反應器係雙頻電漿蝕刻反應器(例如，見共同擁有之美國專利第6,090,304號，其全文以引用的方式併入本文中)。在該等反應器中，蝕刻氣體可自供氣裝置供給至蓮蓬頭電極，且可藉由自至少兩個射頻源供應至蓮蓬頭電極及/或底部電極之不同頻率的射頻能量在反應器中產生電漿，或該蓮蓬頭電極可電接地，且兩個或兩個以上不同頻率之射頻能量可供應至該底部電極。
前述已對本發明之原則、較佳實施例及操作模式進行描述。然而，不應認為本發明限制於所討論之特定實施例。因此，上述實施例應看作是說明性的而非限制性的，且應理解熟習此項技術者在彼等實施例中所做之改變並不偏離由下列申請專利範圍限定之本發明之範疇。
10．．．電漿限制環總成
12．．．裝配環
14、16、18、20．．．電漿限制環
22．．．吊架
24．．．孔
26．．．嵌件
28．．．彈簧
30．．．內軸
32．．．配件
34、36、38、40．．．內徑表面
42、44、46、48．．．外徑表面
220．．．電漿限制環
221．．．內環
223．．．外環/外環部分
225．．．間隙
240．．．內徑表面
241．．．塗層
320．．．電漿限制環
340．．．內徑表面
348．．．外徑表面
360．．．射頻損耗材料
361．．．收縮孔
362．．．上部環部分
364．．．下部環部分
370．．．界面
400．．．電漿限制環總成
402．．．裝配環
405．．．外環
410．．．內環
412．．．內表面
413．．．外表面
414．．．塗層
415．．．支撐元件
416．．．間隙
417．．．收縮孔
420．．．電漿限制環
422．．．內表面
424．．．阻熱閥
426．．．阻熱閥
428．．．外表面
430．．．電漿限制環
432．．．內表面
434．．．阻熱閥
436．．．阻熱閥
438．．．外表面
440．．．電漿限制環
442．．．內表面
448．．．外表面
500．．．電漿處理腔室
502．．．上部電極
504．．．底面
506．．．臺階
508．．．氣體通道
510．．．背板元件
512．．．氣體通道
514．．．熱控制板
516．．．射頻電源
520．．．基板支撐
524．．．靜電夾盤
525．．．射頻電源
526．．．邊緣環
527．．．射頻電源
528．．．邊緣環
圖1說明一電漿限制環總成之實施例之一部分。
圖2係具有兩片式結構之電漿限制環之另一實施例的側視圖。
圖3A係一包括嵌入式射頻損耗材料之電漿限制環之另一實施例的俯視圖。
圖3B係一如圖3A所示之電漿限制環之沿線3B－3B剖開之剖視圖。
圖4A說明包括一兩片式裝配環之電漿限制環的另一實施例。
圖4B係一如圖4A所示之裝配環之外環的局部放大圖，其中一支撐元件自外環中之收縮孔移除。
圖4C說明如圖4B所示之裝配環之外環，其中支撐元件收入外環中之收縮孔。
圖5說明一包含一電漿限制環總成之實施例的電漿處理腔室。
10．．．電漿限制環總成
12．．．裝配環
14、16、18、20．．．電漿限制環
22．．．吊架
24．．．孔
26．．．嵌件
28．．．彈簧
30．．．內軸
32．．．配件
34、36、38、40．．．內徑表面
42、44、46、48．．．外徑表面

Claims (36)

  1. 一種用於一電漿限制環總成之電漿限制環，該電漿限制環總成包含用於一電漿處理腔室之其間具有間隙的一疊電漿限制環，其中該電漿限制環包括：用以與一吊架配合之至少一孔，該孔支撐該疊環中的該電漿限制環；一表面；及一射頻損耗材料；其中該射頻損耗材料可有效耦合射頻能量，以使得該表面達到足夠高之溫度，從而當該表面曝露於該電漿處理腔室中之電漿中時大體上減少該表面上之聚合物沈積。
  2. 如請求項1之電漿限制環，其中該射頻損耗材料係SiC或摻雜矽。
  3. 如請求項1之電漿限制環，其中該射頻損耗材料係一該電漿限制環之一內徑表面上之塗層。
  4. 如請求項1之電漿限制環，其包括一射頻可穿透材料。
  5. 如請求項1之電漿限制環，其中該電漿限制環包括：一包括該射頻損耗材料之內環；一外環；及至少一限定於該內環與該外環間之間隙，該間隙可有效減少自該內環至該外環之熱傳導。
  6. 如請求項5之電漿限制環，其中該內環大體上由該射頻損耗材料組成。
  7. 一種用於一電漿處理腔室之電漿限制環總成，其包括：至少兩個堆疊排列之電漿限制環，該等電漿限制環每一者包括一曝露於電漿中之表面及一射頻損耗材料；其中該射頻損耗材料可有效耦合射頻能量以使得每一電漿限制環之該曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，從而當該電漿限制環曝露於該電漿處理腔室中之電漿中時大體上減少該曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積；其中每一電漿限制環包含用以與一吊架配合之至少一孔，該孔支撐該堆疊中的該電漿限制環。
  8. 如請求項7之電漿限制環總成，其中該等電漿限制環每一者包括一射頻可穿透材料。
  9. 如請求項7之電漿限制環總成，其包括：一裝配環；及用於將該等電漿限制環自該裝配環懸掛下來之裝配元件。
  10. 如請求項7之電漿限制環總成，其中該等電漿限制環中至少一者包括：一包括該曝露於電漿中之表面及該射頻損耗材料之內環；及一用以支撐該內環之外環，使得一間隙限定於該內環與外環之間，該間隙可有效減少自該內環至該外環之熱傳導。
  11. 一種電漿處理腔室，其包括： 一上部蓮蓬頭電極；一包括一下部電極之基板支撐；及一如請求項7之電漿限制環總成，其經排列以將電漿限定於該蓮蓬頭電極與該基板支撐間之一空間內。
  12. 一種用於一電漿處理腔室之電漿限制環總成，其包括：至少兩個堆疊排列之電漿限制環，該等電漿限制環每一者包括一射頻損耗材料之曝露於電漿中之表面；其中該射頻損耗材料可有效耦合射頻能量，以使得每一電漿限制環之該曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，從而當該等電漿限制環曝露於該電漿處理腔室中之電漿中時大體上減少該曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積；其中每一電漿限制環包含用以與一吊架配合之至少一孔，該孔支撐該堆疊中的該電漿限制環。
  13. 如請求項12之電漿限制環總成，其中該射頻損耗材料係SiC或摻雜矽。
  14. 如請求項12之電漿限制環總成，其中該射頻損耗材料係一位於該等電漿限制環之一內徑表面上之塗層。
  15. 如請求項12之電漿限制環總成，其中該等電漿限制環每一者包括一射頻可穿透材料。
  16. 如請求項12之電漿限制環總成，其包括：一裝配環；及用於將該等電漿限制環自該裝配環懸掛下來之裝配元件。
  17. 如請求項12之電漿限制環總成，其中該等電漿限制環中至少一者包括：一包括該射頻損耗材料之內環；一外環；及至少一限定於該內環與外環間之間隙，該間隙可有效減少自該內環至該外環之熱傳導。
  18. 如請求項17之電漿限制環總成，其中該內環大體上由該射頻損耗材料組成。
  19. 如請求項17之電漿限制環總成，其中該射頻損耗材料係摻雜矽或SiC。
  20. 一種電漿處理腔室，其包括：一上部蓮蓬頭電極；一包括一下部電極之基板支撐；及一如請求項12之電漿限制環總成，其經排列以將電漿限定於該蓮蓬頭電極與基板支撐間之一空間內。
  21. 一種用於一電漿處理腔室之電漿限制環總成，其包括：至少兩個堆疊排列之電漿限制環，該等電漿限制環每一者包括一曝露於電漿中之表面及一嵌入式射頻損耗材料，該射頻損耗材料未曝露於該電漿處理腔室中之電漿中；其中該射頻損耗材料可有效耦合射頻能量，以使得每一電漿限制環之該曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，從而當該等電漿限制環曝露於電漿處理腔室中之電漿中時大體上減少該曝露於電漿中之表面上的聚合物沈 積；且其中該電漿限制環之每一者包含圍繞該射頻損耗材料的一射頻穿透材料。
  22. 如請求項21之電漿限制環總成，其中該射頻損耗材料係一金屬材料。
  23. 如請求項21之電漿限制環總成，其中該射頻穿透材料包含選自一組合的一介電材料，該組合包含石英、熔融二氧化矽、氮化矽及氧化鋁。
  24. 如請求項21之電漿限制環總成，其中該等電漿限制環中至少一者包括一第一部分、一連接至該第一部分之第二部分及置於該第一部分與第二部分間之該射頻損耗材料。
  25. 如請求項24之電漿限制環總成，其中該第一部分係藉由一彈性體連接至該第二部分。
  26. 如請求項24之電漿限制環總成，其中該第一部分係焊接至該第二部分。
  27. 一種電漿處理腔室，其包括：一上部蓮蓬頭電極；一包括一下部電極之基板支撐；及一如請求項21之電漿限制環總成，其經排列以將電漿限定於該蓮蓬頭電極與該基本支撐間之一空間內。
  28. 一種用於一電漿處理腔室之電漿限制環總成，其包括：一包括一用以支撐於一外環上之內環的裝配環，該內環包含一曝露於電漿中之內表面、一相對於該內表面之 外表面及一位於該外表面上之導電、低發射率材料之塗層；及至少兩個堆疊排列且自該裝配環懸掛下來之電漿限制環。
  29. 如請求項28之電漿限制環總成，其中該塗層係金屬、氟化氧化錫或氧化銦錫。
  30. 如請求項28之電漿限制環總成，其中：該外環包括複數個圓周間隔之收縮孔；一可移動收入該等個別收縮孔每一者之支撐元件；及用以支撐於該等支撐元件上之該內環。
  31. 一種在一電漿處理腔室中處理一半導體基板之方法，其包括：將處理氣體供給於一包括如請求項28之電漿限制環總成之電漿處理腔室；及自該處理氣體產生一電漿，且在該電漿處理腔室中蝕刻一半導體基板；其中，在蝕刻過程中，該塗層增強該內環之該內表面的加熱，以使得該內表面達到足夠高之溫度，以大體上減少該內表面上的聚合物沈積。
  32. 一種電漿處理腔室，其包括：一上部蓮蓬頭電極；一包括一下部電極之基板支撐；及一如請求項28之電漿限制環總成，其經排列以將一電漿限定於該上部電極與該基板支撐間之一空間內。
  33. 一種在一電漿處理腔室中處理一半導體基板之方法，其包括：將處理氣體供給於一包括至少兩個堆疊排列之電漿限制環之電漿處理腔室中，該等電漿限制環每一者包括一曝露於電漿中之表面、一射頻損耗材料；及自處理氣體產生電漿，且在該電漿處理腔室中蝕刻一半導體基板；其中，在蝕刻過程中，該射頻損耗材料耦合射頻能量以使得每一電漿限制環之該曝露於電漿中之表面達到足夠高之溫度，從而大體上減少該曝露於電漿中之表面上的聚合物沈積。
  34. 如請求項33之方法，其中：該半導體基板包括一經該電漿蝕刻之介電材料；及該處理氣體含有至少一選自由碳氟化合物、氫氟碳化物、碳氟化合物前驅體及氫氟碳化物前驅體組成之群的組分。
  35. 如請求項33之方法，其中該電漿處理腔室包括一接地上部蓮蓬頭電極及一以不同頻率供電之下部電極。
  36. 如請求項33之方法，其進一步包括：自該電漿處理腔室移除該半導體基板；及在該電漿處理腔室中產生一氧電漿，該氧電漿可有效自該等電漿限制環移除聚合物沈積物。
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