专利名称：包括横向波纹管和非接触颗粒密封的可调节间隙电容耦合rf等离子反应器的制作方法
包括横向波纹管和非接触颗粒密封的可调节间隙电容耦合
RF等离子反应器相关申请的交叉引用这个申请要求美国临时专利申请61/006，985的优先权，主题为“ADJUSTABLE GAP CAPACITIVELY COUPLED RF PLASMA REACTOR INCLUDING LATERAL BELLOWS AND NON-CONTACT PARTICLE SEAL”，递交于2008年2月8日，特此通过引用结合其全部内容。
背景技术：
收缩的特征尺寸和新材料在在下一代的器件制造中的实现对等离子处理设备提 出了新的要求。更小的器件特征、更大的衬底尺寸和新的处理技术(多步骤制法，如双镶嵌 蚀刻)增加了纵贯晶片保持良好一致性以获得更好的器件成品率的挑战。
发明内容
等离子处理设备的实施方式包括室，其包括侧壁围绕内部区域并具有开口 ；悬 臂组件，包括延伸通过该侧壁的开口并具有位于该内部区域之外的外面部分的臂单元，以 及该臂单元上并设在该内部区域内的衬底支撑件；驱动机构，耦接到该臂单元的该外面部 分并运转以在垂直方向移动该悬臂组件，波纹管装置提供该臂单元和该侧壁之间的真空密 封。
图IA-C示出可调节间隙受限电容耦合RF等离子反应器的实施方式，包括横向波 纹管和非接触颗粒密封。图2示出用于可调节间隙等离子反应器室的安装悬臂的RF偏置框架的实施方式， 其允许该下部电极垂直平移。图3说明图IA-C示出的横向波纹管的实施方式的局部剖视图。图4示出图3中Q框的放大的细节，示出可移动波纹管屏蔽板和固定的波纹管屏 蔽的细节。图5A和5B示出当下部电极在中间位置(中等间隙)时，曲径式密封件的实施例 方式的局部剖视和端视图。图6A和6B示出当该下部电极在下部位置(大间隙)时，图5A和5B的实施方式 的局部剖视和端视图。
具体实施例方式图I-IC说明可调节间隙受限电容耦合RF等离子反应器600的实施方式。如所描 述的，真空室602包括室框架604，围绕背部空间容纳下部电极606。在该室602的上部，上 部电极608与该下部电极606垂直隔开。该上部和下部电极608、606的平面基本上平行 并与该电极之间的该垂直方向正交。优选地，该上部和下部电极608、606为圆形并与垂直
4轴同轴。该上部电极608的下表面面向该下部电极606的上表面。该隔开的、面对的电极 表面在它们之间限定可调节间隙610。运行过程中，该下部电极606由RF功率供应源(匹 配)620提供RF功率。RF功率通过RF供应管622、RF带6 和RF功率构件6 提供到该 下部电极606。接地屏蔽636可围绕该RF功率构件626以提供对该下部电极606更均勻 的RF屏蔽。如共同所有共同待决美国专利申请公布2008/0171444(其全部内容通过引用 结合在这里)所述，晶片插入通过晶片口 682并在该间隙610中支撑在该下部电极606上 用以处理，工艺气体提供到该间隙610并通过RF功率激发为等离子。该上部电极608可通 电或接地。图1A-1C示出的实施方式中，该下部电极606是支撑在下部电极支撑板616上。绝 缘体环614介于该下部电极606和该下部电极支撑板616之间，将该下部电极606绝缘该 支撑板616。RF偏置框架630将该下部电极606支撑在RF偏置框架盆632上。该盆632通过 室壁板618中的开口由该RF偏置框架630的臂634连接到导管支撑板638。在一个优选实 施方式中，该RF偏置框架盆632和RF偏置框架臂634整体形成一个部件，然而，该臂634 和盆632也可以是用螺栓连接或结合在一起的两个单独的部件。该RF偏置框架臂634包括一个或多个中空通道，用以将RF功率和设备(如气体冷 却剂、液体冷却剂、RF能量、用以提升销控制的电缆、电子监视和驱动信号)从该真空室602 外面传到该真空室602里面、在该下部电极606背部的空间。该RF供应管622与该RF偏置 框架臂634隔开，该RF偏置框架臂634提供到该RF功率供应源620的RF功率返回路径。 设备导管640提供用于设备部件的通道。该设备部件的更多细节在美国专利5，948，704以 及共同所有共同待决美国专利申请公布2008/0171444中描述，这里为了描述简介而未示。 该间隙610优选地被限制环组件(未示)围绕，其细节可在共同所有公开的美国专利公布 2007/0284045中找到，通过引用结合在这里。该导管支撑板638连接到驱动机构642。驱动机构的细节在共同所有共同待决美 国专利公布2008/0171444中描述，通过引用结合在这里。该驱动机构642(如伺服机械电 机、步进电机等)例如通过螺纹传动装置646连接到垂直直线轴承644，如滚珠丝杠和用于 转动该滚珠丝杠的马达。运行过程中为了调节该间隙的尺寸610，该驱动机构642沿该垂直 直线轴承644行进。图IA说明当该驱动机构642在该直线轴承644上高位置、产生小间隙 610a的布置。图IB说明当该驱动机构642在该直线轴承644上中间位置的布置。如所示， 该下部电极606、该RF偏置框架630、该导管支撑板638、该RF功率供应源620全部已经移 动相对该室框架604和该上部电极608较低，产生中等大小的间隙610b。图IC说明当该驱动机构642在该直线轴承下部位置时的大间隙610c。优选地，该 上部和下部电极608、606在该间隙调节过程中保持同轴，以及该上部和下部电极跨过该间 隙的面向的表面保持平行。这个实施方式允许该CCP室602中该下部和上部电极606、608之间的该间隙610 在多步骤工艺制法(BARC、HARC和STRIP等)调节，例如以便纵贯大直径衬底保持一致蚀 刻，如300mm晶片或平板显示器。具体地，这个实施方式属于机械装置，以促进在下部和上 部电极606、608提供该可调节间隙所必须的直线运动。图IA说明横向偏转的波纹管650，其近端密封于该导管支撑板638和远端密封于室壁板618的台阶状凸缘628。该台阶状凸缘的内径在该室壁板618中限定开口 612，该RF 偏置框架臂634通过该开口。该横向偏转的波纹管650提供真空密封，同时允许该RF偏置框架630、导管支撑板 638和驱动机构642的垂直移动。该RF偏置框架630、导管支撑板638和驱动机构642可 称为悬臂组件。优选地，该RF功率供应源620与该悬臂组件一起移动并可连接到该导管支 撑板638。图IB示出该波纹管650当该悬臂组件在中间位置时处于中性位置。图IC示出 该波纹管650当该悬臂组件在下部位置横向偏转。曲径式密封件648提供该波纹管650和该等离子处理室框架604内部之间的颗粒 阻挡。固定的屏蔽656固定不动地连接到该室框架604的内侧壁的该室壁板618，以便提供 曲径式凹槽660(狭槽)，可移动的屏蔽板658在该凹槽中垂直移动以适应该悬臂组件的垂 直移动。该可移动的屏蔽板658的外面部分在该下部电极606的所有垂直位置都保持在该 狭槽中。在所示的实施方式中，该曲径式密封件648包括固定的屏蔽656在该室壁板618 中开口 612的边缘连接到该室壁板618的内表面，形成曲径式凹槽660。该可移动的屏蔽板 658连接到该RF偏置框架臂634，并从该臂径向延伸，其中该臂634通过该室壁板618中的 该开口 612。该可移动的屏蔽板658延伸进入该曲径式凹槽660，同时由第一间隙(图4中 通道“B”)与该固定的屏蔽656隔开，以及由第二间隙(图4中通道“C”)与该室壁板618 的内部表面隔开，允许该悬臂组件垂直移动。该曲径式密封件648阻止从该波纹管650落 下的颗粒迁移进入该真空室内部605 (图2)，并且阻止来自工艺气体等离子的自由基迁移 到该波纹管650，在这里自由基会形成沉积物，之后会剥落。图IA示出当该悬臂组件在高位置(小间隙610a)时，该可移动的屏蔽板658在该 曲径式凹槽660中、在该RF偏置框架臂634的上方较高的位置。图IC示出当该悬臂组件 在下部位置(大间隙610c)时，该可移动的屏蔽板658处于该曲径式凹槽660中、该RF偏 置框架臂634上方较低的位置。图IB示出该悬臂组件在中间位置(中等间隙610b)，该可 移动的屏蔽板658处于该曲径式凹槽660内中性或中间位置。尽管该曲径式密封件648示 为关于该RF偏置框架臂634对称，但是在其他实施方式中，该曲径式密封件648可不关于 该RF偏置臂634对称。图2示出在可调节间隙电容耦合受限RF等离子反应器中悬臂组件的部件的实施 方式。该部件局部剖开示出并且为了描述容易没有示出其他部件。在该说明中，该RF偏置 框架630由位于该室外面的导管支撑板638支撑在该真空室602里面。该RF偏置框架臂 634的近端连接到该导管支撑板638。该导管支撑板638中的服务开口允许进入该设备导 管640和RF供应管622，该供应管轴向通过该RF偏置框架臂634的内部至该下部电极606 下方的空间。该RF供应管622和设备导管640处于第一压强，如大气压，该真空室602内 部处于第二压强，如经过真空口 680连接到真空泵导致的减少的压强。该波纹管650提供 真空密封同时允许该悬臂组件垂直移动。该导管支撑板638连接到该驱动机构642，其相对该真空室602、沿直线轴承644 垂直上下行进。该直线轴承644连接到该室壁板618，其提供该真空室602的侧壁。该室壁 板618在该驱动机构642的运行过程中不移动，但是以可分离的方式连接到该真空室602 以便于该RF偏置框架630和下部电极组件在该真空室602中的去除和插入。当该驱动机构642相对该真空室602垂直行进，该导管支撑板638和RF偏置框架630也在图2中箭头 A-A'所示的方向垂直行进。该室壁板618具有台阶状凸缘628，在该室框架604中形成开口。该RF偏置框架 臂634通过该台阶状凸缘628的内径形成的该开口 612进入该室框架604的内部。限定该 开口 612的该台阶状凸缘628的内径大于该RF偏置框架臂634的外部横向直径以允许该 臂634在该垂直方向A-A'移动。该RF偏置框架臂634的近端连接并密封于该导管支撑板 638，并使得该RF偏置框架臂634可相对该室壁板618垂直移动。该波纹管650产生真空 密封以将该RF偏置框架臂634的近端密封于该室壁板618，如将参照图3描述的。图3示出该波纹管650在该RF偏置框架臂634的近端和该室壁板618之间形成 可横向移动的真空密封。这里示出该波纹管650手风琴式的外观。波纹管650的细节在共 同所有共同待决美国专利申请公布2008/0171444进一步描述。该波纹管650的近端650a 利用0形环夹在该RF偏置框架臂634的夹边6M下面，以将该近端650a的较小直径端夹 在该夹边6M和该导管支撑板638之间。该波纹管650的较大直径的远端650b夹在夹圈 652下面以对着围绕邻近该台阶状凸缘628的内部直径的开口 612边缘的该室壁板618外 侧壁形成密封。该夹圈652优选地与该室壁板618螺栓连接。该波纹管650通过曲径式密封件648与该真空室602内部基本上隔开(图3和图 4中的“Q”框)。该可移动的屏蔽板658从该RF偏置框架臂634径向延伸并与该悬臂组件 一起垂直移动。在该室壁板618的内部表面上、围绕该台阶状凸缘628内径的边缘的凹入 被固定的屏蔽656覆盖，在该内部壁该室壁板618和该固定的屏蔽656限定该曲径式凹槽 660。该可移动的屏蔽板658延伸进入该曲径式凹槽660，在该可移动的屏蔽板658的任一 侧有间隙，从而该可移动的屏蔽板658设在该曲径式凹槽660中，与该曲径式凹槽660的壁 隔开。由此，该可移动的屏蔽板658可在该曲径式凹槽660垂直移动，而不会接触任何限定 该曲径式凹槽660的表面。如图4所述，该曲径式凹槽660的这种设置在该固定的屏蔽板 656和该可移动的屏蔽板658之间产生环形通道“B ”，以及在该可移动的屏蔽板658和该 室壁板618的表面之间产生第二通道“C”。该曲径式密封件648大体上阻止真空处理条件下该横向波纹管的该内部686和该 真空室内部605之间的颗粒迁移。优选地，该曲径式凹槽660中通道“B”和“C”厚度与该 可移动屏蔽板658突入该曲径式凹槽660的深度的比在大约1 8到大约1 50的范围。 例如，该“B ”和“C”通道厚度是该可移动的屏蔽板658与一侧该室壁板618以及与另一侧 该固定的屏蔽板6 56之间的间隙的大小。图5A说明当该悬臂组件在中间或中性位置(中等间隙610b)时，该曲径式密封件 648实施方式的纵向剖面，图5B说明从该真空室602的内部的横向视图。该RF偏置框架臂 634通过该室壁板618中、由该台阶状凸缘628的内径限定的开口。该可移动的屏蔽板658 比该曲径式凹槽660窄，从而该可移动的屏蔽板658的外缘穿入该曲径式凹槽660以在该 波纹管650的内部686和该真空室内部605之间形成非接触颗粒密封。该可移动的屏蔽板 658可通过螺栓692与该RF偏置框架臂634连接或者通过可去除的粘结剂等连接。该固定 的屏蔽656可通过螺栓690连接到该室壁板618的内部表面，或者通过粘结剂或其他可分 开接头等连接。图6A说明当该悬臂组件在下部位置(大间隙610c)，图5A和5B示出的该曲径式密封件648的实施方式的纵向剖面，图6B说明从该真空室602的内部的横向剖面。如所 述，该固定的屏蔽656可由多个部分构成以允许安装和去除该固定的屏蔽656，以及安装和 去除该可移动的屏蔽板658。例如，该固定的屏蔽板656包括下部固定的屏蔽部分657和上 部固定的屏蔽部分659。 尽管参照其具体实施方式
详细描述本发明，但是对于本领域技术人员，显然可进 行各种不同的改变和修改，以及采用等同方式，而不背离所附权利要求的范围。
权利要求
1.一种等离子处理设备，包括室，包括将该室内部分为第一和第二区域的侧壁，该侧壁之中具有开口，该开口在该第 一和第二区域之间提供流体连通；悬臂组件，包括臂单元，其水平延伸通过该开口从而第一端在该第一区域中，第二端在 该第二区域中，衬底支撑件位于该第一端的上部；驱动机构，耦接到该臂单元的该第二端并运转以在垂直方向移动该悬臂组件；以及 波纹管装置，提供该臂单元和该侧壁之间的真空密封。
2.根据权利要求1所述的等离子处理设备，其中该衬底支撑件包括下部电极组件，具有适于支撑衬底的顶部表面； 该等离子处理室进一步包括上部电极组件，其具有底部表面，该表面面向该衬底支撑 件的该顶部表面并与之隔开以在它们之间形成间隙；该下部电极组件经由位于该臂单元中的RF传输构件耦接到射频(RF)功率供应源；以及该驱动机构可运转以移动该衬底支撑件至相对该上部电极组件的各种不同高度，以在 衬底等离子处理过程中调节该间隙的尺寸。
3.根据权利要求2所述的等离子处理设备，其中该下部电极组件包括静电卡盘，其可 运转以在等离子处理过程中将该衬底卡紧在适当的位置。
4.根据权利要求1所述的等离子处理室，其中 该臂单元包括内腔；以及该等离子处理室进一步包括RF管，位于该腔内并具有耦接到RF功率供应源的一端，以及运转以经过其传输来自该 RF功率供应源的RF功率；以及RF导体，耦接到该RF管的另一端，以及运转以收集该RF功率并将该RF功率发送到该 衬底支撑件。
5.根据权利要求4所述的等离子处理设备，其中该RF功率供应源安装在该臂单元的外 面部分上，从而该RF功率供应源与该悬臂组件一起由该驱动机构移动。
6.根据权利要求1所述的等离子处理设备，进一步包括围绕该开口的该侧壁上的非接 触颗粒密封，该非接触颗粒密封包括从该臂单元垂直延伸出的固定的板且该侧壁包括容纳 该固定的板的狭槽，从而该板不接触该狭槽以及该板的外面部分在该臂单元的所有垂直位 置保持在该狭槽中。
7.根据权利要求1所述的等离子处理设备，其中(a)当该臂单元移至最上面的位置，该 波纹管的上部压缩而该波纹管的下部扩张，以及(b)当该臂单元移至最下面的位置，该波 纹管的上部扩张而该波纹管的下部压缩。
8.根据权利要求1所述的等离子处理设备，其中该波纹管包括可移动的波纹管屏蔽板 和固定的波纹管屏蔽，该可移动的波纹管板从该臂单元的该第二端延伸，该固定的波纹管 屏蔽安装在该侧壁上。
9.根据权利要求1所述的等离子处理设备，其中 该驱动机构包括垂直直线轴承滚珠丝杠，可转动固定于该臂单元并当转动时运转以移动该臂单元；以及马达，转动该滚珠丝杠。
10.根据权利要求2所述的等离子处理设备，其中该上部电极组件包括至少一个隔板，用以将工艺气体提供进该间隙；以及 该RF功率供应源可运转以提供RF功率至该下部电极组件以便激发该工艺气体产生等1 子。
11.根据权利要求2所述的等离子处理设备，进一步包括限制环组件，包括至少一个限 制环，其构造为环绕该间隙并由此将该等离子限制在该间隙中。
12.根据权利要求1所述的等离子处理设备，其中该波纹管是横向偏转的波纹管，其一 端密封在该侧壁的外侧，该波纹管的内部限定该第二区域。
13.根据权利要求1所述的等离子处理设备，其中RF源支撑在位于该第二区域的外面 的该臂的该第二端上。
14.根据权利要求2所述的等离子处理设备，其中(a)该衬底支撑件包括RF驱动的下 部电极，该臂单元在其该第二端包括框架，该框架包含为该电极提供RF匹配的电路；(b)该 臂单元包括至少一个气体管线，其可运转以将背侧冷却提供至安装在该衬底支撑件上的衬 底；(c)该支撑臂包括至少一个电连接件，其可运转以传输来自位于该衬底支撑件中的传 感器的信号；和/或(d)该支撑臂包括流体通道，其可运转以在该衬底支撑件中循环热传递 液体。
15.根据权利要求1所述的等离子处理设备，进一步包括位于该室外面的可移动的支 撑板，该可移动的支撑板连接到该支撑臂的一端并具有多个服务开口，与该支撑臂中的服 务开口水平对齐，该可移动的支撑板连接到可移动的环形板，该环形版沿该室的侧壁的外 表面、沿直线导轨滑动，该环形板限定围绕该支撑臂的圆周空间，其中设有该波纹管。
16.一种处理半导体衬底的方法，包括在根据权利要求2所述的该等离子处理设备中，将半导体衬底支撑在该衬底支撑件上；在该上部和下部电极组件之间的空间中生成等离子； 经由该驱动机构，通过移动该悬臂组件调节该间隙；以及 利用该等离子处理该半导体衬底。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该处理包括等离子蚀刻。
18.一种用于处理衬底的等离子处理室的悬臂组件的横向波纹管单元，在该室中，侧壁 将该室内部分为经由该侧壁中的开口流体连通第一和第二区域，该波纹管单元包括固定的环形板，其安装在该室的该侧壁上，该环形板中的开口围绕该侧壁中的开口 ； 可移动的板，其连接到该臂单元在该第一和第二区域外面的一端，该臂单元构造为水 平延伸通过该侧壁中的开口，从而第一端在该第一区域中和第二端在由该波纹管限定的该 第二区域中，衬底支撑件位于该第一端的上部；波纹管，在该固定的环形板和该可移动的板之间延伸，该固定的板，其中(a)当该臂单 元移至最上面的位置，该波纹管的上部压缩和该波纹管的下部扩张，以及(b)当该臂单元 移至最下面的位置，该波纹管的上部扩张和该波纹管的下部压缩。
19.根据权利要求18所述的横向波纹管单元，其中该波纹管是锥形的，并且在密封于 该室的该侧壁的一端具有较大的直径。
全文摘要
一种等离子处理室，包括悬臂组件和至少一个构造为抵消大气负荷的真空隔离构件。该室包括围绕内部区域并具有开口的壁。悬臂组件包括衬底支撑件，用于在该室内支撑衬底。该悬臂组件延伸通过该开口，从而其一部分位于该室外面。该室包括驱动机构，其运行以相对该壁移动该悬臂组件。
文档编号H01L21/3065GK102084468SQ200980104906
公开日2011年6月1日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月8日
发明者斯科特·杰弗里·史蒂夫诺特, 詹姆斯·E·塔潘 申请人:朗姆研究公司