专利名称：等离子体处理系统中的等离子体限制结构的制作方法
等离子体处理系统中的等离子体限制结构
背景技术：
等离子体处理系统长期用于在等离子体处理系统中处理衬底(例如晶片)。在一种典型的等离子体处理室中，等离子体被激发并被限制在等离子体限制区域，该等离子体限制区域典型地既由该室上部的和下部的结构所限定，也由环状环绕该等离子体限制区域的结构所规定。为便于衬底的插入与取出，同样为了促进废气从等离子体处理室排出，许多室使用一组可移动限制环来环状限制等离子体。例如，为便于衬底的插入和取出，该可移动的限制环能够向上提起。通常而言，可移动限制环的相邻环之间的间距尺寸能让废气通过该空间排出，同时阻止等离子体膨胀(例如，通过使该空间比等离子体鞘(sheath)小的方式)。 以这种方式，通过可移动的限制环组物理上限制等离子体同时让废气排出是可能的。为帮助讨论，图1示出了现有技术中电容耦合等离子体处理室100的一部分的简图。图中示出了在处理过程中用于支撑衬底(未示出)的下电极102。下电极102典型地由RF能量源(未示出)驱动以生成和保持等离子体104。为了程序控制的目的，需要将等离子体104限制在通常由下电极102，上电极106 (可以接地或者由相同或不同的RF能量源驱动)，和由一组限制环110(包括环llOa-d)环状地限定的等离子体限制区域内。如所提到的，限制环110之间的间隙允许废气从室中抽出而保持等离子体被限制在上述等离子体限制区域内。限制环110可以由适当的材料制成，例如石英。在图1的实施例中，也示出了环绕下电极102的环状接地电极112。环状接地电极 112可以开槽以提供用于从室中排出废气的附加流道。通常地讲，环状接地电极112成形于例如铝之类导体材料，且通过绝缘体(未示出)与下电极102电绝缘。接地电极112的接地通过将接地电极112耦合到RF接地(ground)来完成，典型地经由一个或者一个以上的带耦合到配置于下电极112下方的传导性低接地延伸区。为了防止环状接地电极112的金属材料暴露于侵蚀性的等离子体和可能污染等离子体过程，环状接地电极112的表面可以用适当的材料覆盖，例如石英。如该组限制环 110的示例所示，环状接地电极112(和石英的上覆盖层)的槽的尺寸能让废气排出同时防止等离子体扩张到等离子体限制区域外。限制环110和环状接地电极112的应用都是已知的，在此不进一步详述。通常地讲，限制环110是电浮动的，S卩，没有直接耦合到DC接地或RF接地。由于在现有技术中限制环110倾向于远离RF接地，因此没有明显的RF流流过该组限制环。由于限制环110是电浮动的且没有明显的RF流流过限制环110，在等离子处理过程中在限制环110的表面低压“浮”鞘(sheath)就形成了。由于加速于等离子体的离子能量是由鞘电位控制的，低鞘电位导致在限位环的表面上低能量水平的离子撞击。结果，例如溅射和离子增强刻蚀(例如在原位等离子体清洁过程中发生的)之类膜去除工艺在限位环的表面相对不充分。而且，由于低离子撞击能量，处理后在限位环的表面留下高数量的沉积物。相比之下，经历更高离子撞击能量的室的其它区域将在薄膜去除程序中看到更高的薄膜去除效率和在衬底处理过程中看到更低水平的薄膜沉积物。
最终结果是限位环倾向于在衬底处理过程中以更高的比率(相对于经历更高离子撞击能量的室区域)累积残留物，且这些残留物倾向于在等离子体原位室清洁过程中被更慢地(相对于经历更高的离子撞击能量的室区域)去除。这些因素需要更频繁的和/或更长的原位室清洁周期(例如无晶片自动清洁或者WAC周期)来使限位环保持在符合要求的状况，且在某种情况下甚至可能需要完全停止处理以便限位环能够被移除和清洁和/或更换。因此，衬底生产率被不利地降低，导致更低的生产率和更高的等离子体处理工具占有成本。
发明内容
在一种实施方式中，本发明涉及一种配置为用于在衬底的等离子体处理中限制等离子体处理室中的等离子体的可移动等离子体限制结构。所述可移动等离子体限制结构包括配置为环绕所述等离子体的可移动面向等离子体结构。所述可移动等离子体限制结构还包括可移动导电结构，所述可移动导电结构设置于所述可移动面向等离子体结构的外部且配置为与所述可移动面向等离子体结构作为一个单一的装置展开和收缩以帮助处理所述衬底。所述可移动导电结构在等离子体处理中射频(RF)接地。在等离子体处理中所述可移动面向等离子体结构配置于所述等离子体和所述可移动导电结构之间以便在等离子体处理中来自所述等离子体的RF经由所述面向等离子体结构流向所述可移动导电结构。以上所述发明内容仅涉及公开于此处的本发明的许多实施方式中的一个且不意图为限制本发明的保护范围，本发明的保护范围于其权利要求中阐述。本发明的这些和其它特征将在以下本发明的具体实施方式
中且结合以下附图更加详细地描述。
本发明通过示例方式而不是通过限制方式进行描述，且图中的相同参考标号指代相同的元素且其中图1示出了现有技术中电容耦合等离子体处理室的一部分的简图。图2依据本发明的一种实施方式示出了包括可移动RF接地等离子体限制装置的等离子体处理室的简化了的一部分。图3依据本发明的一种实施方式示出了一种可选择的或者附加的实施方式，该实施方式包括用于缩短RF流接地路径的可选择底部RF触体。
具体实施例方式本发明现在将根据附图参考一些实施方式详细描述。在以下的描述中，许多具体细节被阐述以便充分理解本发明。然而，对本领域的技术人员而言，显然没有这些具体细节的一些或者全部本发明也可以实施。在其它实施例中，为了避免不必要地模糊本发明，公知的工序和/或结构没有详细描述。发明人已注意到当元件处于电浮动时，即，解耦合于DC接地或者RF接地时，在其表面形成的等离子体鞘电压相对地处于低电位。这就是现有技术中限位环的情况，例如，图 1中的限位环110。相比之下，虽然在图1中的环状接地电极112的顶部存在薄的石英层， 但是发明人已注意到与限制环110表面上的堆积速率相比环状接地电极112表面上残留物的堆积速率较低。相信虽然石英层充当DC绝缘体，石英层相对薄的事实使RF流有可能通过相对低的阻抗路径穿过薄的石英层流通接地，从而导致更高的等离子体鞘电压并附随更高水平的离子撞击。按这种理解，现公开了本发明的以下实施方式。通常地讲，本发明的一个或者一个以上的实施方式涉及在等离子体处理室中用于处理衬底同时减少朝向等离子体的限制环和/或结构上的残留物堆积的改进的方法和装置。在一个或者一个以上的实施方式中，该改进也有助于使等离子体限制在等离子体限制区域内，即，减少发生于上述等离子体限制区域之外的环状外部区域的等离子体非限制事件的可能性。在本发明的一种或者一种以上的实施方式中，提供了一种可移动的RF-接地等离子体限制装置(可移动的RFG等离子体限制装置)。可移动的RFG等离子体限制装置包括至少既DC绝缘又充分地耦合于RF接地的可移动的等离子体限制结构。在一种实施方式中，可移动的等离子体限制结构包括可移动的面向等离子体结构(其可以由石英或者其它类似适宜的材料形成)和耦合于可移动的面向等离子体结构的背面以提供RF流接地路径的可移动的导电结构。就是说，可移动面向等离子体结构的一面面向等离子体，且其另一面耦合于可移动导电结构，可移动的导电结构通过可移动面向等离子体结构屏蔽等离子体。实践中，可以在可移动面向等离子体结构和可移动导电结构之间设置小的间隙 (在一个例子中，约0.01英寸)以适应热膨胀。凹槽，垫肩，紧固件，垫片，和其它公知的机械耦合技术，其细节与本发明不密切相关，可以用于实现可移动面向等离子体结构与可移动导电结构的耦合同时在两者之间留下上述热膨胀间隙。包括可移动面向等离子体结构和附加的导电结构的可移动的等离子体限制结构在衬底插入和去除中作为单个的装置上下移动。在一种实施方式中，面向等离子体限制结构显示为圆柱形形状的石英内套，并且导电结构显示为圆柱形形状的电镀(anodized)铝外套筒，该圆柱形形状的电镀铝外套筒配置于该圆柱形形状的石英内套的外部且耦合于该圆柱形形状的石英内套。虽然以上所述的例子讨论了绝缘的面向等离子体结构，但是面向等离子体结构并不限于是绝缘的。通常而言，任何等离子体耐受和过程兼容的结构可以应用，只要该可移动的等离子体限制结构作为整体允许来自等离子体的RF流以早先讨论的方式穿越且促进高等离子体鞘电压的产生以便诸如改善等离子体撞击。在一种或者一种以上的实施方式中，可移动的等离子体限制结构包括由传导性和程序兼容(可以通过掺杂SiC或者其它程序兼容材料形成)的材料形成的可移动面向等离子体结构和耦合于该可移动面向等离子体结构以提供RF流接地路径的可移动的导电支撑结构。在一种实施方式中，等离子贴边结构显示为掺杂SiC圆筒，并且导电结构显示为耦合于该掺杂SiC圆筒的环形形状的电镀铝架。在一种实施方式中，面向等离子体结构如上配置且耦合于导电结构。可移动的RRi等离子体限制装置进一步包括一个或者一个以上的柔性传导带，该柔性传导带耦合于可移动的导电结构以对RF流提供低阻抗RF接地路径，RF接地典型地为室壁或者其它耦合于RF接地的导电结构。在一种实施方式中，在衬底处理过程中，当可移动的等离子体限制结构处于展开位置时，一个或者一个以上的附加RF触体可以可选择地用于缩短RF流接地路径。如此处随后将要解释的，当等离子体存在时缩短RF流路径有助于在等离子体限制区域外面的环状外部区域减少电容耦合和电感耦合，从而减少在该环状外部区域的非故意地激发和/或维持无限制的等离子体的可能性。根据随后的附图和讨论，本发明的特征和优势可以被更好地理解。依据本发明的一种实施方式，图2示出了包括可移动的RRi等离子体限制装置200 的等离子体处理室的简化了的一部分。可移动的RFG等离子体限制装置200包括可移动的等离子体限制结构202，该可移动的等离子体限制结构202包括可移动面向等离子体结构 204和可移动导电结构206。在图2的例子中，可移动面向等离子体结构204通过圆柱形形状的石英套筒20 和水平的石英环204b来实施，尽管与等离子体处理兼容的任何其它适宜的材料可以使用。在处理过程中圆柱形形状的石英套筒20 面向等离子体，同时水平的石英环204b保护可移动的导电结构206在等离子体处理和/或废气排放过程中不暴露于等离子体。可移动导电结构206在图2的例子中通过背靠(kicks)圆柱形形状的石英环20 的圆柱形形状的阳极电镀铝套筒来实施。尽管使用了电镀铝，也可以使用任何适宜的传导性材料。可移动的导电结构206为穿越圆柱形形状的石英环20 的薄材料的RF流提供低阻抗路径。一个或者一个以上的柔性传导带212将可移动导电结构206耦合到接地的室元件，例如示出于图2例子中的室顶板或者一些其它接地的室元件。在一种实施方式中，多条传导带可以配置为环绕圆柱形形状的电镀铝套筒的圆周以提供对接地的多条接地路径和用于RF流回归的圆柱形对称。如所提到的，在某些情况下需要提供介于可移动面向等离子体结构204和可移动导电结构206之间的热膨胀间隙。为了便利衬底插入和移出于室中，可移动的等离子体限制结构202(包括可移动面向等离子体结构204和可移动导电结构206两者)可以根据需要上下移动。用于达到上 /下方向上的线性转换的特定机构可以是任何类型的变换器和/或传动装置，包括机电的， 气动的，等等，这些已描述于现有技术中。柔性传导带212弯曲(flexes)适应可移动的等离子体限制结构202的移动同时保持所期望的低阻抗接地路径。在等离子体处理过程中，可移动的等离子体限制结构202降低处于如图2所示的展开位置。废气可以通过存在于可移动的等离子体限制结构202下方的空隙214排放。空隙214的尺寸可以设置成能让废气排出同时阻止等离子体扩张以防止等离子体无限制事件发生于等离子体限制区域222之外的环状外部区域220。如果需要，附加的槽或者孔可以成形为穿过可移动的等离子体限制结构202和可移动导电结构206以提高废气排放率。一个这样的槽示出为图2的例子中的槽230。槽可以取向为垂直方向也可以取向为水平方向或者两者都是。此外，如现有技术中所描述的，槽可以设置于环状接地232上以提供附加的废气排放通道同时维持等离子体限制。由于具有低阻抗RF流接地路径，形成于面向等离子体结构204的表面的等离子体鞘电压将会高于图1的示例中电压，图1示例中限制环是电浮动的。该更高的等离子体鞘电压导致更高的离子撞击能量，这降低了处理中面向等离子体结构204上的残留物累积并提高了等离子体清洁程序中残留物的去除率。此外，更高的离子能量撞击也加热可移动的等离子体限制结构202的面向等离子体表面，进一步有助于处理中的残留物累积的减少和等离子体清洁程序中残留物去除率的提高。导电结构206的存在也有助于降低环状外部区域220上不需要的无限制等离子体事件的发生。返回参考图1，由于石英限制环110是电浮动的，电容场用发源于等离子体且终结于限制环110的范围外的接地的等离子体表面138的场线建立起来。例如，这些场线表示为场线140a-d。等离子体限制区域144之外的环状外部区域142上的电容场的存在增加了这种可能性，即等离子体可以被非故意地激发和/或维持于该环状外部区域142中，也就是无限制等离子体事件。在图2的实施方式中，然而，大多数发源于等离子体的电容场线终止于可移动的导电结构206 (通过场线2Ha-c表示)。虽然一些场线可以穿过可移动面向等离子体结构 204和可移动的等离子体限制结构202下方的空隙214终止于其它接地的元件，但是场线 214a-c不再穿过环状外部区域220的事实实质上降低和/或消除了环状外部区域220上电容场的存在。通过实质上降低和/或消除环状外部区域220上电容场的存在，无限制等离子体可以在环状外部区域220形成和/或维持就是较少可能的。依据本发明的一种实施方式，图3示出了可选择的或者附加的实施方式，该实施方式包括可选择的用于缩短RF流接地路径的底部RF触体，且因此降低环状外部区域220 中的接地流(ground-current)感应场以进一步降低无限制等离子体形成的可能性。返回参考图1，来自于等离子体的RF流沿着箭头150所示的低阻抗路径传输。该RF流沿着与环状外部区域142毗连的室壁传输且建立激发环状外部区域142中的无限制等离子体形成的感应场。图3中，在可移动的导电结构206的底部提供了可断开的RF触体302a。那里有耦合于RF接地的其它相应的可断开的(breakable) RF触体302b。为了确保好的RF触体，当可移动的等离子体限制结构被展开且需要RF连通性时，弹簧或者其它有弹力的机械装置可以用于将RF触体30 和RF触体302b推至一起。在一种实施方式中，RF触体30 和 RF触体302b中的一个或每一个可以至少部分地安装于孔或者凹陷里，当包括可移动的导电结构206的可移动等离子体限制结构处于展开位置时，弹簧或者有弹力的机械装置配置在RF触体的下方处于这种凹陷或者孔的底部以推动RF触体接近其配合物来确保良好的RF 连通性。为清楚地阐述，图3中示出了可移动的等离子体限制结构的仅仅部分展开位置，RF 触体还没有彼此物理接触。在图3的例子中，相应的可断开的RF触体302b耦合于环状的接地电极304的传导性材料。在一种实施方式中，SiC被用于可断开的RF触体，尽管任何其它既与等离子体处理兼容又足够耐用以承受反复接触闭合-断开的导电性材料也可以使用。在等离子体处理过程中，可移动的等离子体限制结构部署在向下或者展开的位置，且可断开的RF触体30 和RF触体302b被推在一起以允许RF流在朝向等离子体区域 222的表面沿箭头320的方向流通。注意图3中的RF流穿过可移动导电结构206和RF触体30h/302b以到达RF接地。这与图1中的状况形成对照，在图1中RF流沿着与外部环状区域142相毗连的室表面传输(见图1中的箭头150)。由于RF流不沿着与外部环状区域220相毗连的室表面传输，而恰恰相反在内部的，传导性结构206的面向等离子体表面， 在外部环状区域220没有建立感应场来促进不需要的无限制等离子体的形成或者维持。如从前述事项所能领会的，本发明的实施方式有助于在处理中减少等离子体限制结构表面上残留物的形成且也有助于改进原位等离子体清洁程序中残留物的去除。用于终止发源于等离子体的电容场线的可移动导电结构的存在也使以下情况成为较少可能不需要的无限制等离子体将会被激发和/或通过电容场维持在外部环状区域。如果如所讨论的提供了可断开的RF触体，绕开与外部环状区域毗连的室壁表面的更短的RF流接地路径实质上也降低和/或消除了不需要的无限制等离子体通过感应场在外部环状区域被激发和/ 或维持的可能性。这些改进有助于提高晶片生产能力和程序控制，导致更低的占有成本和
提高产量。虽然本发明依据几个实施方式来描述，但是存在落入本发明保护范围内的改变， 变更，和等同。也应当知道具有许多可选择的方式实施本发明的方法和装置。尽管本文提供了各种各样的例子，但是这些例子的意图是说明性的而不是对本发明的限制。此外，本发明的实施方式可以在其它应用中发现效用。另外，标题和发明内容提供于此为方便起见而不应该用于对此处的权利要求的范围的解释。而且，摘要以高度简化的方式写出且提供于此为方便起见且因此不应该用于解释或者限制全部的发明，本发明用权利要求来表达。还应当知道存在许多可选的方式实施本发明的方法和装置。如果术语“组”用于此，该词意图是具有它的通常被理解的数学意思， 包括零，一，或一个以上元素。因此也可以预期以下所附的权利要求理解为包括落入本发明的真正精神和范围内的所有这样的改变，变更，等同。
权利要求
1.一种配置用于在衬底的等离子体处理中限制等离子体处理室中的等离子体的可移动等离子体限制结构，包括配置用于环绕所述等离子体的可移动面向等离子体结构；和可移动导电结构，其设置于所述可移动面向等离子体结构的外部，并配置为与所述可移动面向等离子体结构作为单个装置展开和收缩以促进所述衬底的处理，所述可移动导电结构在所述等离子体处理中为射频(RF)接地，其中在所述等离子体处理中所述可移动面向等离子体结构设置于所述等离子体和所述可移动导电结构之间，以便在所述等离子体处理中来自于所述等离子体的RF流经由所述可移动面向等离子体结构流向所述可移动导电结构。
2.根据权利要求1所述的可移动等离子体限制结构，其中所述可移动面向等离子体结构为圆柱形形状的结构且由抗所述等离子体刻蚀的材料制成。
3.根据权利要求2所述的可移动等离子体限制结构，其中所述可移动面向等离子体结构由石英制成。
4.根据权利要求2所述的可移动等离子体限制结构，其中所述可移动面向等离子体结构由掺杂的SiC制成。
5.根据权利要求1所述的可移动等离子体限制结构，其中所述可移动面向等离子体结构配置为屏蔽所述可移动导电结构以避免在所述等离子体处理中暴露于所述等离子体。
6.根据权利要求1所述的可移动等离子体限制结构，其中至少一个槽形成于所述可移动面向等离子体结构和所述可移动导电结构两者上以在所述等离子体处理中促进废气的排除。
7.根据权利要求6所述的可移动等离子体限制结构，其中所述可移动面向等离子体结构为圆柱形形状的结构且所述至少一个槽沿所述圆柱形形状的结构的轴线设置。
8.根据权利要求1所述的可移动等离子体限制结构，进一步包括可断开的RF触体， 其配置为当所述可移动导电结构展开时通向所述接地的路径经由所述可断开的RF触体形成。
9.一种具有等离子体处理室的等离子体处理系统，包括可移动面向等离子体结构，其配置为环绕等离子体，其中所述等离子体产生于在所述等离子体处理室内进行的衬底的等离子体处理中。可移动导电结构，其设置于所述可移动面向等离子体结构的外部，且配置为与所述可移动面向等离子体结构作为单个装置展开和收缩以促进所述衬底的处理，所述可移动导电结构在所述等离子体处理中为射频(RF)接地，其中在所述等离子体处理中所述可移动面向等离子体结构设置于所述等离子体和所述可移动导电结构之间，以便在所述等离子体处理中来自于所述等离子体的RF流经由所述可移动面向等离子体结构流向所述可移动导电结构；和传导带组，其耦合于所述可移动导电结构，其中当所述可移动导电结构展开和收缩时所述传导带组适应所述可移动导电结构而为所述RF流提供低阻抗接地路径。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，其中所述可移动面向等离子体结构为圆柱形形状的结构且由抗所述等离子体刻蚀的材料制成。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理系统，其中所述可移动面向等离子体结构由石英制成。
12.根据权利要求10所述的等离子体处理系统，其中所述可移动面向等离子体结构由掺杂的SiC制成。
13.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，其中所述可移动面向等离子体结构配置为屏蔽所述可移动导电结构以避免在所述等离子体处理中暴露于所述等离子体。
14.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，其中至少一个槽形成于所述可移动面向等离子体结构和所述可移动导电结构两者上以在所述等离子体处理中促进废气的排除。
15.根据权利要求14所述的等离子体处理系统，其中所述可移动面向等离子体结构为圆柱形形状的结构且所述至少一个槽沿所述圆柱形形状的结构的轴线设置。
16.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，进一步包括可断开的RF触体，其配置为当所述可移动导电结构展开时通向所述接地的路径经由所述可断开的RF触体形成。
17.一种用于生产具有等离子体处理室的等离子体处理系统的方法，包括提供配置为环绕等离子体的可移动面向等离子体结构，其中所述等离子体产生于在所述等离子体处理室内进行的衬底的等离子体处理中；设置可移动导电结构于所述可移动面向等离子体结构的外部，其中所述可移动导电结构配置为与所述可移动面向等离子体结构作为单个装置展开和收缩以促进所述衬底的处理，所述可移动导电结构在所述等离子体处理中为射频(RF)接地，其中在所述等离子体处理中所述可移动面向等离子体结构设置于所述等离子体和所述可移动导电结构之间以便在所述等离子体处理中来自于所述等离子体的RF流经由所述可移动面向等离子体结构流向所述可移动导电结构；和将传导带组耦合于所述可移动导电结构，其中当所述可移动导电结构展开和收缩时所述传导带组适应所述可移动导电结构而为所述RF流提供低阻抗接地路径。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述可移动导电结构和所述接地之间设置可断开的RF触体以便当所述可移动导电结构展开时所述低阻抗接地路径经由所述可断开的RF触体形成。
19.根据权利要求18所述的方法进一步包括在所述可移动面向等离子体结构和所述可移动导电结构上形成至少一个槽以促进在所述等离子体处理中废气的排除。
20.根据权利要求17所述的方法进一步包括将所述传导带组设置为环绕所述可移动导电结构的圆周以提供多个所述低阻抗接地路径。
全文摘要
提供了一种配置为用于在衬底的等离子体处理中限制等离子体处理室中的等离子体的可移动等离子体限制结构。该可移动等离子体限制结构包括配置为环绕该等离子体的可移动面向等离子体结构。该可移动等离子体限制结构还包括可移动导电结构，该可移动导电结构设置于可移动面向等离子体结构的外部且配置与所述可移动面向等离子体结构作为单个装置展开和收缩以促进该衬底的处理。可移动导电结构在等离子体处理中射频(RF)接地。在等离子体处理中可移动面向等离子体结构配置于等离子体和可移动导电结构之间以便在等离子体处理中来自于等离子体的RF流经由面向等离子体结构流向可移动导电结构。
文档编号H05H1/24GK102246603SQ200980150203
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月19日
发明者安德里亚斯·费舍尔, 艾利克·哈德森 申请人:朗姆研究公司