專利名稱：用于改變等離子體處理系統(tǒng)中的面積比的方法和裝置的制作方法
用于改變等離子體處理系統(tǒng)中的面積比的方法和裝置
背景技術(shù)：
等離子體處理的進(jìn)步促進(jìn)了半導(dǎo)體工業(yè)的增長。半導(dǎo)體工業(yè)是一個高度競爭的市 場。制造公司能夠在不同處理?xiàng)l件下處理襯底的能力賦予了該制造公司對競爭者的優(yōu)勢。 因此，制造公司付出了大量的時間和資源來認(rèn)定用于改善襯底處理的方法和/或裝置。一種可用于執(zhí)行襯底處理的典型處理系統(tǒng)是電容耦合等離子體(CCP)處理系統(tǒng)。 該等離子體處理系統(tǒng)可以被構(gòu)造為能夠在大范圍工藝參數(shù)下進(jìn)行處理。然而，近年來，可被 處理的器件的類型已經(jīng)變得更為復(fù)雜并且需要更精確的工藝控制。例如，被處理的器件正 變得越來越小，具有更細(xì)微的特征并且需要對等離子參數(shù)(比如跨越該襯底的等離子體密 度和均勻度)的更精確的控制以帶來更好的成品率。該蝕刻室中的晶圓區(qū)域的壓強(qiáng)控制是 影響等離子體密度和均勻度的工藝參數(shù)的一個示例。半導(dǎo)體器件的制造需要在一個等離子體處理室中使用等離子體進(jìn)行多個步驟的 處理工藝。在(一種或多種)半導(dǎo)體器件的等離子體處理過程中，該等離子體處理室通常 對該工藝的每一步都保持在預(yù)定壓強(qiáng)下。該預(yù)定壓強(qiáng)可以是通過使用(一個或多個)機(jī)械 真空泵、(一個或多個)渦輪泵、約束環(huán)定位和/或其組合實(shí)現(xiàn)的，如同 本領(lǐng)域的技術(shù)人員 所熟知的。傳統(tǒng)上，可以使用閥門總成來對(一個或多個)排氣渦輪泵節(jié)流以獲得壓力控制 以保持該等離子體處理室中預(yù)定的壓強(qiáng)條件。替換地或者附加地，該等離子體處理室的等 離子體生成區(qū)域(例如，由兩個電極所密閉并由約束環(huán)圍繞的區(qū)域)中的壓強(qiáng)可以通過調(diào) 整約束環(huán)總成的各約束環(huán)之間的間隙而控制。調(diào)整該間隙控制從該等離子體生成區(qū)域的排 出氣體的流速并因此影響了壓強(qiáng)。流出該等離子體生成區(qū)域的總氣流傳導(dǎo)取決于一些因 素，包括但不限于，約束環(huán)的數(shù)量和各約束環(huán)之間的間隙的尺寸。鑒于在多個步驟中處理襯底的需要，其中每個步驟可能涉及不同的壓強(qiáng)，高效地 控制等離子體處理系統(tǒng)中的壓強(qiáng)的能力的改進(jìn)是非常需要的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種具有用于處理襯底的等離子體處理室的等離 子體處理系統(tǒng)。該等離子體處理室包括上電極，該上電極具有第一上電極部分和第二上電 極部分。該第一上電極部分環(huán)形圍繞該第二上電極部分。該第一上電極部分和該第二上電 極部分兩者在該處理過程中均接地。該等離子體處理室還包括下電極，該下電極具有第一 下電極部分和第二下電極部分。該第一下電極部分接地并環(huán)形圍繞該第二下電極部分。該 第二下電極部分具有被配置為在該處理過程中支撐該襯底的襯底承載面，其中該上電極和 該下電極中的至少一個是能夠在垂直于該襯底承載面的方向上移動的。該等離子體處理室 還包括用于向該第二下電極部分提供射頻能量的射頻電源，其中該第一下電極部分的上表 面是相對于該襯底承載面不共面的以致于該第一下電極部分的該上表面和該第一上電極 部分的下表面之間的第一間隙小于該襯底承載面和該第二上電極部分的面對襯底的表面 之間的第二間隙。


本發(fā)明是以附圖中各圖中的實(shí)施例的方式進(jìn)行描繪的，而不是通過限制的方式， 其中類似的參考標(biāo)號指示類似的元件，其中圖1顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，一種被配置為在上電極總成和下電極 總成之間提供可調(diào)節(jié)間隙的等離子體處理系統(tǒng)的簡圖。圖2顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，對于預(yù)定壓強(qiáng)，約束環(huán)位置(CRP)作為 室內(nèi)間隙的函數(shù)的繪圖。圖3顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，對于不同的室內(nèi)間隙，多個根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推 導(dǎo)的傳導(dǎo)曲線(描繪了傳導(dǎo)與約束環(huán)位置的對比)。圖4顯示了，依照一個實(shí)施方式的本發(fā)明，用于利用可調(diào)節(jié)室內(nèi)間隙實(shí)時控制晶 片區(qū)域壓強(qiáng)的方法400的簡化流程圖。圖5顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，實(shí)現(xiàn)射頻耦合改變的面積比的園地控 制的簡化的室。圖6顯示了依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式的窄間隙配置。圖7顯示了依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式的寬間隙配置。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖所示的一些實(shí)施方式詳細(xì)地描述本發(fā)明。在下面的描述中，闡明了 許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的完全理解。然而，顯然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明 可以無需這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部而實(shí)現(xiàn)。在其它情況下，沒有對熟知的處理操作進(jìn) 行詳細(xì)描述以免不必要地模糊本發(fā)明。在其它情況下，沒有對熟知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu) 進(jìn)行描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。依照本發(fā)明的實(shí)施方式，提供用于配置等離子體處理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對等離子體處理 參數(shù)的迅速控制的方法和裝置。在一些等離子體處理系統(tǒng)中，該室內(nèi)間隙(即，該上和下 電極之間的間隙)是一種配方參數(shù)并且在各個步驟之間變化。在這些等離子體處理系統(tǒng) 中，會提供被配置為移動該下電極總成以調(diào)整該室內(nèi)間隙的機(jī)構(gòu)。在其它等離子體處理系 統(tǒng)中，該上電極總成可以移動。在本文的公開中，假定該室具有一個移動的下電極。然而， 應(yīng)當(dāng)理解，本文中本發(fā)明的各實(shí)施方式同樣適用于其中該上電極可移動(替換地或者附加 地)的室。當(dāng)該室內(nèi)間隙響應(yīng)配方要求而被移動時，該等離子體生成區(qū)域的體積被改變。這 種體積的改變影響了該等離子體生成區(qū)域中的壓強(qiáng)，需要補(bǔ)償以針對該壓強(qiáng)變化進(jìn)行調(diào) 整。在現(xiàn)有技術(shù)中，如同提到過的，壓強(qiáng)控制是通過控制排氣渦輪泵上游的節(jié)流閥的位置和 /或通過控制約束環(huán)的位置，以改變各約束環(huán)之間的間隙，并由此改變從該等離子體生成區(qū) 域排出的氣體的傳導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)的。一般而言，該約束環(huán)間隙可以通過適當(dāng)控制活塞(參考圖1的131)的位置而調(diào) 整。在該活塞的上升沖程中，環(huán)110a、110b、110c、110d和110e之間的間隙被擴(kuò)展。在該活 塞的下行沖程中，環(huán)110a、110b、110c、110d和110e從較低的環(huán)開始以連續(xù)的方式坍塌在一 起，因?yàn)榄h(huán)110e的向下運(yùn)動被該下電極抑制(arrested)，而環(huán)110d的向下運(yùn)動被環(huán)110e抑制，等等。約束環(huán)總成是本領(lǐng)域熟知的，并且在本文中不會進(jìn)一步詳細(xì)描述。當(dāng)在現(xiàn)有技術(shù)中需要進(jìn)行壓強(qiáng)控制時，通常使用閉環(huán)控制系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中， 該等離子體生成區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)被測量和/或推導(dǎo)出來，然后與該工藝配方所要求的期望壓 強(qiáng)進(jìn)行比較。如果有偏差的話，活塞131被適當(dāng)?shù)叵蛏匣蛳蛳乱苿右愿淖兗s束環(huán)間隙以控 制穿過該傳導(dǎo)環(huán)間隙的傳導(dǎo)，從而影響該等離子體生成區(qū)域內(nèi)的壓強(qiáng)。這些測量-調(diào)整-測 量_調(diào)整循環(huán)是按步驟執(zhí)行的，直到實(shí)現(xiàn)期望的壓強(qiáng)設(shè)定值。盡管現(xiàn)有技術(shù)方法對于其中電極是固定的室是令人滿意的，然而這種方法對于具 有移動下電極的室卻不那么令人滿意。在這些室中，由于下電極的重新定位而帶來的等離 子體生成區(qū)域的體積的突變會導(dǎo)致在閉環(huán)控制算法爭取重新獲得控制的時候閉環(huán)壓強(qiáng)控 制的臨時喪失。即使該閉環(huán)控制算法可以快速重新獲得控制以開始調(diào)整過程，由下電極的 突然重新定位所引起的壓強(qiáng)的巨大而突然的變化可導(dǎo)致閉環(huán)控制算法花費(fèi)相當(dāng)長的時間 來使壓強(qiáng)穩(wěn)定到期望的設(shè)定值。在這個很長的壓強(qiáng)重新穩(wěn)定期內(nèi)，襯底處理被有效地停止 了。如果該壓強(qiáng)重新穩(wěn)定期過長的話，產(chǎn)率可能受損失。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，提供一種新式壓強(qiáng)控制算法，以對下電極(或上電 極)的重新定位所導(dǎo)致的等離子體生成區(qū)域中壓強(qiáng)的巨大而突然的變化進(jìn)行快速補(bǔ)償。本 文發(fā)明人意識到，對于給定的壓強(qiáng)，該室內(nèi)間隙(即，距離進(jìn)一步，發(fā)明人意識到，當(dāng)間隙變化時，傳導(dǎo)和約束環(huán)位置之間大致的線性關(guān)系被 大致保持。通過對各種室內(nèi)間隙繪制傳導(dǎo)對比約束環(huán)位置的曲線，顯示出每個傳導(dǎo)曲線基 本上都是線性的，而且，各傳導(dǎo)曲線基本上平行。對于這些關(guān)系，發(fā)明人意識到，使用這些關(guān)系所提供的約束環(huán)重新定位參數(shù)，可以 使用大致的開環(huán)控制策略，以快速重新定位該約束環(huán)以使得等離子體生成區(qū)域中的壓強(qiáng)快 速達(dá)到大致的期望設(shè)定值。一旦以開環(huán)方式進(jìn)行了大致的重新定位，可以使用更細(xì)微的閉 環(huán)控制策略來快速使得壓強(qiáng)達(dá)到期望的壓強(qiáng)設(shè)定值。然而，因?yàn)殚_環(huán)重新定位只是一種大 致的重新定位，而對與精確的壓強(qiáng)控制是不值得依賴的，所以對于各種室內(nèi)間隙，傳導(dǎo)對約 束環(huán)位置的非線性可以很安全地忽略掉。這種關(guān)鍵的意識極大地簡化了計算并且使得大致 的開環(huán)重新定位過程很快度。在一個實(shí)施方式中，發(fā)明人推斷，通過計算從一條傳導(dǎo)曲線到另一條傳導(dǎo)曲線的 偏移并通過使該約束環(huán)位置移動所計算出的偏移的量，可以對室內(nèi)間隙改變進(jìn)行大致的壓 強(qiáng)補(bǔ)償。一旦執(zhí)行了該大致的壓強(qiáng)補(bǔ)償，閉環(huán)控制可以接管以使得壓強(qiáng)穩(wěn)定到期望的壓強(qiáng) 設(shè)定值。用這種方式，壓強(qiáng)補(bǔ)償分兩個階段實(shí)現(xiàn)1)開環(huán)的第一階段，其中使用從前面推導(dǎo) 出的傳導(dǎo)數(shù)據(jù)計算出的偏移值快速移動該約束環(huán)，以及2)后續(xù)的閉環(huán)階段，以實(shí)現(xiàn)推導(dǎo)的 壓強(qiáng)設(shè)定值。參考后面的附圖和討論(同時對比現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)和本發(fā)明的實(shí)施方式)，可以更 好的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，一種被配置為在上電極總成和下電極 總成之間提供可調(diào)節(jié)間隙的等離子體處理系統(tǒng)的簡圖。等離子體處理系統(tǒng)100可以是單 頻、雙頻或三頻電容放電系統(tǒng)或者可以是電感耦合等離子體系統(tǒng)或使用不同等離子體生成 和/或維持技術(shù)的等離子體系統(tǒng)。在圖1的實(shí)施例中，射頻可包括但不限于2、27和60MHz。在圖1的實(shí)施例中，在一個實(shí)施方式中，等離子體處理系統(tǒng)100可被配置有上電極總成102和下電極總成104。該上電極總成102和下電極總成104可以通過室內(nèi)間隙106 彼此隔開。上電極總成102可包括接地或由RF電力供應(yīng)(未示)加電的上電極。在等離子體處理過程中，處理后氣體(未示)可被供應(yīng)到室內(nèi)間隙106中。被供 應(yīng)到室內(nèi)間隙106中的處理后氣體可通過供應(yīng)到下電極總成104的電力而被激勵為等離子 態(tài)。室內(nèi)間隙106中的等離子體可以由約束環(huán)總成108約束，約束環(huán)總成108可以被配置 有至少一組約束環(huán)(110a、110b、110C、110d和110e)。該約束環(huán)總成還可被配置有間隙控制 機(jī)構(gòu)112(包括活塞131)以控制各約束環(huán)(llOa-e)之間的間隙。室內(nèi)間隙106中的排出 氣體(即，該等離子體生成區(qū)域)可穿過該組約束環(huán)(llOa-e)之間的約束環(huán)間隙。這些排 出氣體可以是由真空泵(未示以簡化說明)經(jīng)由節(jié)流閥從該室中排除的氣體。在一個實(shí)施方式中，下電極總成104可被配置有活塞114和致動機(jī)構(gòu)116以允許 下電極總成104上下移動。因此，該等離子體生成區(qū)域內(nèi)的體積可能變化，這導(dǎo)致了壓強(qiáng)的 變化，因此需要通過約束環(huán)重新定位來補(bǔ)償。參考圖1，對于給定步驟在移動下電極總成104以適應(yīng)配方要求時，約束環(huán)總成 108可隨著下電極總成104的移動相應(yīng)移動，從而改變各約束環(huán)總成108之間的間隙。相應(yīng) 地，該等離子體生成區(qū)域中的壓強(qiáng)不僅僅由等離子體生成區(qū)域的體積的突變而且還由約束 環(huán)間隙的變化而改變。為了保持預(yù)定壓強(qiáng)(例如，下電極移動之前存在的壓強(qiáng))約束環(huán)總成108的位置 需要被調(diào)整以改變排出氣體的傳導(dǎo)(以公升/秒計算)以彌補(bǔ)由下電極移動所導(dǎo)致的等離 子體生成區(qū)域體積的變化和/或約束環(huán)間隙的變化。圖2顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，對于預(yù)定壓強(qiáng)，約束環(huán)位置(CRP)作為 室間隙的函數(shù)的繪圖。為了便于理解，聯(lián)系圖1對圖2進(jìn)行討論。如圖2所示，縱軸被顯示為以任意計數(shù)單位表示的約束環(huán)位置。在一種實(shí)現(xiàn)方式 中，該任意計數(shù)單位可以是用于控制活塞131的上/下移動的伺服馬達(dá)的伺服馬達(dá)指數(shù) (index) 0橫軸顯示了以毫米(mm)表示的室內(nèi)間隙。繪制線210顯示了對于給定壓強(qiáng)約束 環(huán)位置和室內(nèi)間隙之間的線性關(guān)系。圖3顯示了，依照本發(fā)明的一個實(shí)施方式，對于不同的室內(nèi)間隙，多個根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推 導(dǎo)的傳導(dǎo)曲線(描繪了傳導(dǎo)與約束環(huán)位置的對比)。如圖3中所示，縱軸被顯示為以公升每秒(L/s)表示的傳導(dǎo)。橫軸被顯示為約束 環(huán)位置(CRP)，也是以任意計數(shù)單位表示的。繪制線310是對于1.88厘米(cm)的室內(nèi)間隙 值的傳導(dǎo)曲線。繪制線320是對于2. 34cm的室內(nèi)間隙值的傳導(dǎo)曲線。繪制線330是對于 2. 8cm的室內(nèi)間隙值的傳導(dǎo)曲線。繪制線340是對于3. lcm的室內(nèi)間隙值的傳導(dǎo)曲線。從圖3中可以進(jìn)行一些觀察。首先，在室操作的區(qū)域中(即，4公升/秒以上)，各 曲線基本上是線性的。其次，這些曲線基本上平行，表明傳導(dǎo)和約束環(huán)位置之間的線性關(guān)系 在間隙變化時基本上保持不變。第三，對于任何給定的期望傳導(dǎo)(比如圖2中的11公升/ 秒)，由于室內(nèi)間隙的變化而產(chǎn)生的傳導(dǎo)的變化可以通過使約束環(huán)移動從一條曲線到另一 條曲線的x軸偏移的量而簡單地補(bǔ)償。參考圖3，當(dāng)室內(nèi)間隙從2.34cm(曲線320)移動到 1. 88cm(曲線310)時傳導(dǎo)的變化可以通過使約束環(huán)的位置移動等于該偏移的一個量(點(diǎn) 344和點(diǎn)342之間)而補(bǔ)償。使約束環(huán)的位置移動該偏移(點(diǎn)342和點(diǎn)344之間的差)具 有大致上將傳導(dǎo)曲線310移動到與傳導(dǎo)曲線320重疊的效果。在這樣做的過程中，由于間隙改變而產(chǎn)生的傳導(dǎo)變化被補(bǔ)償，而且大致的傳導(dǎo)補(bǔ)償是以開環(huán)方式實(shí)現(xiàn)的。在一個實(shí)施方式中，當(dāng)前室內(nèi)間隙位置可以用“X”表示。室內(nèi)間隙的變化可以是 +/-“Y”。當(dāng)前CRP可以用“A”表示。新的室內(nèi)間隙和新的CRP可以如下方式計算新的室內(nèi)間隙位置=X+/-Y(等式1)。新的CRP = A+/_(M*Y)(等式2)，其中M是從圖3的傳導(dǎo)曲線確定的斜率。從上面可以看出，在一個實(shí)施方式中，對于每個室內(nèi)間隙，該多個傳導(dǎo)曲線可以根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。在工作傳導(dǎo)范圍上，該多個傳導(dǎo)曲線可以是相對線性的，在一個實(shí)施方式中形 成約M的斜率。對于預(yù)定的晶圓區(qū)域壓強(qiáng)，可以確定該偏移CRP值以彌補(bǔ)該室內(nèi)間隙調(diào)整。 替代地，可以使用簡單的查找表以將室內(nèi)間隙與偏移關(guān)聯(lián)起來。為了便于開環(huán)大致調(diào)整，對 于特定的室內(nèi)間隙，從該查找表提供的值可以獲得和/或估計出相應(yīng)的偏移。圖4顯示了，依照一個實(shí)施方式的本發(fā)明，用于利用可調(diào)節(jié)室內(nèi)間隙實(shí)時控制晶 片區(qū)域壓強(qiáng)的方法400的簡化流程圖。在步驟402中，在一個實(shí)施方式中，對于不同的室內(nèi)間隙根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定多個傳導(dǎo) 曲線。在步驟404中，將一個新的室內(nèi)間隙指定為工藝配方的一部分。在步驟406中，確定 從當(dāng)前約束環(huán)位置的偏移。前面結(jié)合圖3討論過這種偏移。為了簡化計算和/或查找，使 用任意選擇的參考室內(nèi)間隙來提供參考，在一個實(shí)施方式中，所有其它室內(nèi)間隙均參考該 參考。一旦獲得該偏移后，使用該偏移值以開環(huán)方式調(diào)整該約束環(huán)位置以快速(但是是 大致的)重新定位該約束環(huán)(步驟408)。這種迅速重新定位大致補(bǔ)償了由下電極的移動導(dǎo) 致的等離子體生成區(qū)域體積的變化和約束環(huán)間隙的變化。一旦該大致的重新定位完成，使 用以現(xiàn)有技術(shù)中的方式進(jìn)行的細(xì)微的(但是緩慢的)閉環(huán)控制以就愛那個該等離子體生成 區(qū)域中的壓強(qiáng)更精確地建立在期望的設(shè)定值壓強(qiáng)。一旦該壓強(qiáng)被重新穩(wěn)定，可以使用現(xiàn)有 技術(shù)中已知的技術(shù)完成壓強(qiáng)的其它變化(以適應(yīng)不同步驟的壓強(qiáng)變化)。從上面可以看出，本發(fā)明的實(shí)施方式允許通過在一個兩步驟過程中快速重新定位 該約束環(huán)而以快速方式執(zhí)行壓強(qiáng)補(bǔ)償。在第一個步驟中，使用從前面獲得的傳導(dǎo)數(shù)據(jù)(各 種室內(nèi)間隙，其將傳導(dǎo)與約束環(huán)定位關(guān)聯(lián)起來)得到的偏移值，以開環(huán)方式快速重新定位 該約束環(huán)。在第二個步驟中，可以使用傳統(tǒng)的閉環(huán)控制更精確地將該壓強(qiáng)穩(wěn)定在期望值。通 過快速補(bǔ)償由移動電極(一個或多個)導(dǎo)致的壓強(qiáng)的變化，可以縮短該壓強(qiáng)穩(wěn)定步驟，帶來 更高的生產(chǎn)率。而且，本發(fā)明的實(shí)施方式可改善和/或使得在處理從一個步驟進(jìn)行到另一 個步驟時保持等離子體的引燃的能力成為可能，其中每個步驟可能需要不同的室內(nèi)間隙和 不同的壓強(qiáng)設(shè)置。如同提到過的，半導(dǎo)體器件的制造可能需要在一個或多個等離子體處理室內(nèi)使用 等離子體的多步驟工藝。完成器件制造所需的一些處理步驟可使用不同的配方，這些不同 的配方指定了不同的等離子體密度和/或不同的離子能量和/或不同的晶圓偏壓。在現(xiàn)有 技術(shù)中，這些各種配方可以使用不同的等離子體處理室或系統(tǒng)執(zhí)行，其中每個都被配置為 執(zhí)行該多配方工藝的一個或多個配方。盡管這樣的方法完成了制造目的器件的目標(biāo)，然而卻有許多缺點(diǎn)。例如，使用多個 室和/或系統(tǒng)完成器件的制造對器件制造商增加了設(shè)備獲得和部署的花費(fèi)和/或維護(hù)負(fù) 擔(dān)。作為另一個實(shí)施例，使用多個室和/或系統(tǒng)完成器件的制造引入了制造過程的延遲。這
9是因?yàn)樾枰O大量的時間以例如停止一個室中的工藝、排空該室的內(nèi)容、從該室移除襯 底、將該襯底插入同一個或不同等離子體處理系統(tǒng)的另一個室并啟動該另一個室以穩(wěn)定并 開始處理該襯底。這種延遲增加了制造該等離子體處理系統(tǒng)所需的總時間量并減少了總的 工廠輸出。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，提供在同一個等離子體處理室中原地提供不同的 等離子體密度和/或不同的離子能量和/或不同的晶圓偏壓的方法和裝置。在一個或多個 實(shí)施方式中，上電極接地而下電極被加電。在這種實(shí)現(xiàn)方式中，該下電極(其被加電)的邊 緣裝備有環(huán)形(即，炸面圈形)環(huán)，該環(huán)圍繞下電極并且被接地。這個環(huán)形延伸在此處指的 是下電極接地周邊延伸(LE-GPE)。一般而言，LE-GPE是由大體上非反應(yīng)性的或基本上不受 等離子體處理影響同時又在它上方的間隙足夠達(dá)到維持等離子體時允許進(jìn)行射頻耦合的 材料制成的。在一個實(shí)施例中，該LE-GPE具有石英蓋或類似的合適的蓋。該LE-GPE上方到接地的上表面的間隙被配置為使得當(dāng)上電極和下電極之間的間 隙變得足夠窄時，到達(dá)一個點(diǎn)，在該點(diǎn)該LE-GPE上方的間隙不大到足以維持等離子體，同 時該LE-GPE內(nèi)覆蓋下電極的間隙仍然保持足夠大到維持該等離子體。在這種窄間隙情況 下，從加電下電極的射頻耦合不會到達(dá)該LE-GPE或到達(dá)該LE-GPE正上方的接地上表面，而 等離子體只被維持在該下電極正上方的體積內(nèi)。當(dāng)該上電極和下電極之間間隙逐步放大時，來到一個點(diǎn)，在該點(diǎn)該LE-GPE上方的 間隙足夠大到維持該等離子體，而該LE-GPE內(nèi)覆蓋該下電極的間隙也足夠大到維持該等 離子體。在這種寬間隙情況下，從該加電下電極的射頻耦合到達(dá)該LE-GPE而且也到達(dá)該 LE-GPE正上方的接地上表面，而等離子體值被維持在該下電極正上方的體積內(nèi)。然后可以看出，在窄間隙和寬間隙兩種情況中，該加電下電極的有效射頻耦合區(qū) 域保持相同。然而，在寬間隙情況下，該接地電極的有效射頻耦合區(qū)域被放大(因?yàn)樯漕l耦 合還到達(dá)LE-GPE和該LE-GPE上方的接地區(qū)域)。相應(yīng)地，很容易看出，該窄間隙情況可以 提供射頻耦合的一個面積比(限定為該有效射頻接地耦合區(qū)域除以該有效射頻加電電極 耦合區(qū)域)而在寬間隙情況下，由于更大的有效射頻接地耦合區(qū)域，該射頻耦合的面積比 更大。在一個實(shí)施方式中，該間隙(即，該下電極中央部分的該上電極和該下電極之間 的間隙以及該LE-GPE上方的間隙)的差異可以通過使得該LE-GPE與該下電極不共平面而 實(shí)現(xiàn)。例如，該LE-GPE可以升高到該下電極以上。在下電極可移動的設(shè)計中，該LE-GPE與 該下電極一起移動。在上電極可移動的設(shè)計中，覆蓋該LE-GPE的接地區(qū)域與該上電極一起 移動。在另一個實(shí)施方式中，替換地或者附加地，覆蓋該LE-GPE的接地區(qū)域可以被制造 成不與該上電極共平面。例如，替換地或者附加地，覆蓋該LE-GPE的接地區(qū)域可凸出到該 上電極的下表面以下。在該下電極可移動的設(shè)計中，該LE-GPE與該下電極一起移動。在該 上電極可移動的設(shè)計中，覆蓋該LE-GPE的接地區(qū)域與該上電極一起移動。對上述替換地或者附加地，覆蓋該LE-GPE的接地區(qū)域可以被認(rèn)為是該上電極的 環(huán)形延伸，或上電極接地周邊延伸(UE-GPE)。再說一次，在該下電極可移動的設(shè)計中，該 LE-GPE與該下電極一起移動。在該上電極可移動的設(shè)計中，覆蓋該LE-GPE的該UE-GPE與 該上電極一起移動。
圖5顯示了，依照一個實(shí)施方式，提供非共平面的UE-GPE的一種實(shí)現(xiàn)方式。在 圖5的情況下，該UE-GPE延伸或凸出到上電極500的下表面以下。在圖5的實(shí)施例中， 該UE-GPE是由兩個元件502a和502b形成的，盡管這不是一個要求。上電極500和該 UE-GPE502a/502b 兩者都接地。圖中還顯示下電極接地周邊延伸(LE-GPE) 506具有石英蓋508。如圖所示，LE-GPE 506是在下電極510周邊的。下電極510通常是加電的，例如，通過射頻電源(未示)。圖 5還顯示了多個約束環(huán)512。在圖5中，有兩個等離子體維持區(qū)域在間隙517足夠大到維持等離子體的寬間隙 配置中能夠維持等離子體的區(qū)域516 ；以及只要間隙519足夠大到維持等離子體時就能夠 維持等離子體的區(qū)域514。在圖6中，描繪了窄間隙配置，其中間隙517沒有大到(相對于平均自由程)足以 在圖5中的參考數(shù)字516表示的區(qū)域中維持等離子體。然而，間隙519仍然足夠大到在圖5 中的參考數(shù)字514表示的區(qū)域中維持等離子體。在這種情況下，射頻耦合是在加電下電極 510和上電極500之間(如箭頭602所示)，而射頻耦合的面積比由接地上電極500的有效 射頻耦合區(qū)域除以加電下電極510的有效射頻耦合區(qū)域限定。在圖7中，描繪了寬間隙配置，其中間隙517足夠大到在圖5中的參考數(shù)字516表 示的區(qū)域中維持等離子體。進(jìn)一步，間隙519(其大于間隙517)仍然足夠大到在圖5中的參 考數(shù)字514表示的區(qū)域中維持等離子體。在這種情況下，射頻耦合在加電下電極510和上 電極500之間(如箭頭702所示)，而且在加電下電極510和UE-GPE502a/502b之間(如箭 頭704所示)，而且穿過石英表面508在加電下電極510和LE-GPE 506之間(如箭頭706 所示)。因?yàn)樯漕l耦合的面積比被該接地電極的有效射頻耦合區(qū)域除以該加電下電極510 的有效射頻耦合區(qū)域限定，所以該面積比增加了。這是因?yàn)榻拥氐挠行漕l耦合區(qū)域現(xiàn)在 增加了 LE-GPE 506 以及 UE-GPE 502a/502b 的面積。在寬間隙配置或窄間隙配置其中一種情況下，有可能保持先前所討論的所有優(yōu) 點(diǎn)，例如，通過保持射頻電力相同改變該體積以改變等離子體密度或獲得不同的等離子體 密度。該可移動電極，與可以(通過移動該間隙)被獨(dú)立控制的區(qū)別等離子體維持體積一 起有效地原地提供對例如離子能量和/或晶圓偏壓和/或等離子體密度的更粒狀控制。在一個實(shí)施方式中，該上電極和下電極的尺寸是這樣的，即在窄間隙配置中，實(shí)現(xiàn) 1 1的面積比，使得在該窄間隙配置中該室是一個對稱的室。在寬間隙配置中，因?yàn)樵摻?地電極的有效射頻耦合區(qū)域增加了，該面積比變得大于1 1，使得該室不對稱了。因此，實(shí) 現(xiàn)了一種使得該室對稱或不均勻的原地方法以適應(yīng)不同配方。盡管上面的實(shí)施例只描述了兩個區(qū)別等離子體維持體積(例如，圖5中的514和 516)，然而該下電極周邊的區(qū)域可以裝備有多個臺階(例如，兩個臺階、三個臺階、四個臺 階等)以形成不同尺寸的多個間隙以實(shí)現(xiàn)額外的區(qū)別等離子體維持體積，這些等離子體維 持體積可以通過使得相應(yīng)的間隙太小而不能有效地維持等離子體而抑制。應(yīng)當(dāng)注意，圖5、6、7的實(shí)施方式可以與前面各圖的特征一起實(shí)現(xiàn)或者可以獨(dú)立于 前面各圖中公開的特征而實(shí)現(xiàn)。盡管本發(fā)明是使用幾個實(shí)施方式的方法進(jìn)行描述的，然而，存在變更、置換和各種 等同，這些均落入本發(fā)明的范圍。還應(yīng)當(dāng)注意，有許多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代方式。而且，本發(fā)明的各實(shí)施方式在其它應(yīng)用中也可使用。此處為了方便而提供了摘要部分， 由于字?jǐn)?shù)限制，該摘要部分是為了閱讀方便而寫的，不應(yīng)當(dāng)被用于限制權(quán)利要求的范圍。因 此，意圖是所附權(quán)利要求被解釋為包括所有這些變更、置換和等同均落入本發(fā)明的真實(shí)精 神和范圍。
權(quán)利要求
一種具有用于處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)，所述等離子體處理室包含上電極，所述上電極具有第一上電極部分和第二上電極部分，所述第一上電極部分環(huán)形圍繞所述第二上電極部分，所述第一上電極部分和所述第二上電極部分兩者在所述處理過程中均接地；下電極，所述下電極具有第一下電極部分和第二下電極部分，所述第一下電極部分接地并環(huán)形圍繞所述第二下電極部分，所述第二下電極部分具有被配置為在所述處理過程中支撐所述襯底的襯底承載面，其中所述上電極和所述下電極中的至少一個是能夠在垂直于所述襯底承載面的方向上移動的；用于向所述第二下電極部分提供射頻能量的射頻電源，其中所述第一下電極部分的上表面是相對于所述襯底承載面不共面的以致于所述第一下電極部分的所述上表面和所述第一上電極部分的下表面之間的第一間隙小于所述襯底承載面和所述第二上電極部分的面對襯底的表面之間的第二間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中只有所述上電極是可移動的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中只有所述下電極是可移動的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述上電極和所述下電極兩者均是 可移動的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述第一上電極部分的所述下表面 相對于所述第二上電極部分的所述面對襯底的表面是共面的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述第一上電極部分的所述下表面 相對于所述第二上電極部分的所述面對襯底的表面是不共面的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述等離子體處理室被配置為能夠 在至少兩種狀況過程中操作的，所述兩種狀況的第一狀況涉及將所述上電極和所述下電極 置為等離子體被維持在所述第二下電極部分的所述襯底承載面和所述第二上電極部分的 所述面對襯底的表面之間，在所述第一狀況中所述等離子體還被維持在所述第一下電極部 分的所述上表面和所述第一上電極部分的所述下表面之間，所述兩種狀況的第二狀況涉及 將所述上電極和所述下電極置為所述等離子體被維持在所述第二下電極部分的所述襯底 承載面和所述第二上電極部分的面對襯底的表面之間，然而在所述第二狀況中所述等離子 體不被維持在所述第一下電極部分的所述上表面和所述第一上電極部分的所述下表面之 間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中在所述第二狀況中射頻耦合的面積 比是約1 1。
9.一種具有用于處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)，所述等離子體處理 室包含上電極，所述上電極具有第一上電極部分和第二上電極部分，所述第一上電極部分環(huán) 形圍繞所述第二上電極部分，所述第一上電極部分和所述第二上電極部分兩者在所述處理 過程中均接地；下電極，所述下電極具有第一下電極部分和第二下電極部分，所述第一下電極部分接 地并環(huán)形圍繞所述第二下電極部分，所述第二下電極部分具有被配置為在所述處理過程中支撐所述襯底的襯底承載面，其中所述上電極和所述下電極中的至少一個是能夠在垂直于 所述襯底承載面的方向上移動的；用于向所述第二下電極部分提供射頻能量的射頻電源，其中所述第一下電極部分的上 表面是與所述襯底承載面不共面的以致于所述第一上電極部分的所述下表面和所述第一 下電極部分的上表面之間的第一間隙小于所述襯底承載面和所述第二上電極部分的所述 面對襯底的表面之間的第二間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中只有所述上電極是可移動的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中只有所述下電極是可移動的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述上電極和所述下電極兩者均 是可移動的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述第一下電極部分的所述上表 面相對于所述第二下電極部分的所述襯底承載面是共面的。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述第一下電極部分的所述上表 面相對于所述第二下電極部分的所述襯底承載面是不共面的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述等離子體處理室被配置為能 夠在至少兩種狀況過程中操作的，所述兩種狀況的第一狀況涉及將所述上電極和所述下電 極置為等離子體被維持在所述襯底承載面和所述第二上電極部分的所述面對襯底的表面 之間，在所述第一狀況中所述等離子體還被維持在所述第一下電極部分的所述上表面和所 述第一上電極部分的所述下表面之間，所述兩種狀況的所述第二狀況涉及將所述上電極和 所述下電極置為所述等離子體被維持在所述襯底承載面和所述第二上電極部分的面對襯 底的表面之間，然而在所述第二狀況中所述等離子體不被維持在所述第一下電極部分的所 述上表面和所述第一上電極部分的所述下表面之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中在所述第二狀況中射頻耦合的面 積比是約1 1。
17.一種在具有用于處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統(tǒng)中處理襯底的方 法，所述方法包含將所述襯底置于所述等離子體處理室的下電極的襯底承載面上；在第一狀況中處理所述等離子體處理室；在不同于所述第一狀況的第二狀況中處理所述等離子體處理，所述第一狀況涉及射頻 耦合的第一面積比，所述第二狀況涉及不同于射頻耦合的所述第一面積比的射頻耦合的第 二面積比，至少部分通過在垂直于所述襯底承載面的方向上移動上電極和下電極之一而使 所述等離子體處理室在所述第一狀況和所述第二狀況之間轉(zhuǎn)變。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述上電極具有第一上電極部分和第二上電極 部分，所述第一上電極部分環(huán)形圍繞所述第二上電極部分，所述第一上電極部分和所述第 二上電極部分兩者在所述處理過程中均接地，所述下電極具有第一下電極部分和第二下電 極部分，所述第一下電極部分接地并環(huán)形圍繞所述第二下電極部分，所述第二下電極部分 具有被配置為在所述處理過程中支撐所述襯底的所述襯底承載面；其中所述第一上電極部 分的下表面是與所述第二上電極部分的面對襯底的表面不共面的以致于所述第一上電極 部分的所述下表面和所述第一下電極部分的上表面之間的第一間隙小于所述襯底承載面和所述第二上電極部分的所述面對襯底的表面之間的第二間隙。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述上電極具有第一上電極部分和第二上電極 部分，所述第一上電極部分環(huán)形圍繞所述第二上電極部分，所述第一上電極部分和所述第 二上電極部分兩者在所述處理過程中均接地，所述下電極具有第一下電極部分和第二下電 極部分，所述第一下電極部分接地并環(huán)形圍繞所述第二下電極部分，所述第二下電極部分 具有被配置為在所述處理過程中支撐所述襯底的所述襯底承載面；其中所述第一下電極部 分的上表面是與所述第二下電極部分的所述襯底承載面不共面的以致于所述第一下電極 部分的所述上表面和所述第一上電極部分的下表面之間的第一間隙小于所述襯底承載面 和所述第二上電極部分的所述面對襯底的表面之間的第二間隙。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中只有所述下電極是可移動的。
全文摘要
一種具有上電極和下電極的等離子體處理系統(tǒng)。該上電極和下電極形成具有不同間隙的兩個區(qū)域。通過移動該上電極和該下電極中的一個或者兩個，根據(jù)是否允許等離子體被維持在該第一區(qū)域中或被維持在該第一區(qū)域和該第二區(qū)域兩個區(qū)域中，有可能改變射頻耦合的面積比。
文檔編號H05H1/34GK101940068SQ200980104616
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者拉金德爾·德辛德薩 申請人:朗姆研究公司