專利名稱：電極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用來加工諸如IC制造中所用的半導(dǎo)體襯底或平板顯示器應(yīng)用中所用的平板(例如玻璃、塑料等)之類的襯底的裝置和方法。更確切地說，本發(fā)明涉及到能夠以襯底表面上的高度加工均勻性來加工襯底的方法和裝置。
背景技術(shù)：
多年來，利用感應(yīng)耦合的等離子體源、電子回旋共振(ECR)源、電容性源等等的等離子體加工系統(tǒng)，已經(jīng)被不同程度地引入和應(yīng)用來加工半導(dǎo)體襯底和顯示平板。在制造這些產(chǎn)品的過程中，可以采用多個淀積和/或腐蝕步驟。在淀積過程中，材料被淀積到襯底表面上(例如玻璃平板或晶片的表面上)。例如，諸如各種形式的硅、二氧化硅、氮化硅、金屬之類的被淀積的層，可以被制作在襯底表面上。在腐蝕過程中，材料被有選擇地從襯底表面上的預(yù)定區(qū)域清除。例如，諸如通路、觸點、或溝槽之類的被腐蝕的特征，可以被形成在襯底的各個層中。
參照圖1，示出了常規(guī)等離子體加工系統(tǒng)10。為了加工襯底，襯底12被置于加工室16內(nèi)的襯底支座14上，并將加工氣體饋入加工室16中。并將能量饋送到加工氣體，以便點燃加工室16內(nèi)的等離子體18。在點燃等離子體之后，可以用以各種眾所周知的例如電容、感應(yīng)、微波之類的方式耦合到等離子體的額外的能量來維持等離子體。然后將此等離子體應(yīng)用于加工任務(wù)，例如在襯底12上進(jìn)行選擇性腐蝕或淀積薄膜。在大多數(shù)情況下，在襯底表面附近形成表面電壓20，以便向著襯底12加速等離子體的離子，這些離子在襯底12處可能與其它的反應(yīng)劑組合，激活加工反應(yīng)。表面電壓與襯底支座14和等離子體18之間產(chǎn)生的電位結(jié)合。
但不幸的是，襯底支座14和等離子體18之間的電耦合傾向于不均勻，其結(jié)果是引起襯底12表面上的加工性能變化。特別是襯底的中心傾向于與襯底邊沿被不同地加工，中心和邊沿的產(chǎn)率從而不同。因此，襯底的邊沿通常不被用來制作IC，其結(jié)果是制造成本更高。而且，對更大襯底的需求已經(jīng)使改善襯底邊沿處的加工均勻性變得越來越重要。
另外，如WO9914788公開環(huán)繞一半導(dǎo)體襯底的環(huán)或軸環(huán)，改善因為在接近周邊處的離子密度過大所引起之空間非均勻性，工件可被一介電屏蔽所環(huán)繞，而該屏蔽可藉由一非介電環(huán)所覆蓋，以保護(hù)該介電屏蔽與制程氣體反應(yīng)或被腐蝕。WO9839500公開電漿蝕刻裝置，具有對于襯底表面產(chǎn)生電漿密度的均一化的輔助電極。特別是輔助電極設(shè)在磁場施加裝置所產(chǎn)生的電子流的流動的至少上游側(cè)，輔助電極包括配置于與上述電極對側(cè)的局部電極以及調(diào)整阻抗裝置。
可是，以上現(xiàn)有技術(shù)也沒有使用額外阻抗匹配層以產(chǎn)生橫越包括襯底中心和邊沿的襯底上表面的加工均勻性。
考慮到上述情況，希望有用來提高襯底表面處加工均勻性的改進(jìn)方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方案中，本發(fā)明涉及到一種用來加工襯底的等離子體加工系統(tǒng)。此等離子體加工系統(tǒng)包括加工室，等離子體在其中被點燃和保持用于加工。加工室具有上端和下端。等離子體加工系統(tǒng)還包括位于加工室下端的電極。此電極被構(gòu)型為在加工室內(nèi)產(chǎn)生電場。等離子體加工系統(tǒng)還包括用來控制所述電極與所述等離子體之間的阻抗的元件，所述阻抗被設(shè)置成影響所述電場，以改善襯底表面上的加工均勻性。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及到一種用來加工襯底的等離子體加工系統(tǒng)。此等離子體加工系統(tǒng)包括加工室，等離子體在其中被點燃和保持用于加工。等離子體加工系統(tǒng)還包括位于加工室內(nèi)的電極。此電極被構(gòu)型為在等離子體和電極之間產(chǎn)生電場。等離子體加工系統(tǒng)還包括位于電極上的吸盤。此吸盤被構(gòu)型為在加工過程中保持襯底。電場在吸盤區(qū)域中的電極與等離子體之間具有第一阻抗。等離子體加工系統(tǒng)還包括位于電極上并鄰近吸盤的邊沿環(huán)。邊沿環(huán)被構(gòu)型為至少使電極屏蔽于等離子體。等離子體加工系統(tǒng)還包括位于邊沿環(huán)和電極之間的阻抗匹配層。阻抗匹配層被構(gòu)型為控制邊沿環(huán)區(qū)域中的電極與等離子體之間的第二阻抗。第二阻抗被設(shè)置成基本上等于第一阻抗，使襯底表面處等離子體與電極之間的電場在襯底被置于吸盤上以便加工時基本上均勻。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及到一種用來以等離子體加工襯底的襯底支座。此襯底支座包括用來在襯底上方產(chǎn)生電場的電極。此電極的外圍大于襯底的外圍。襯底支座還包括在加工過程中保持襯底的吸盤。吸盤位于電極的頂部表面上。襯底支座還包括用來使電極和吸盤屏蔽于等離子體的邊沿環(huán)。邊沿環(huán)位于電極上方。邊沿環(huán)具有第一部分和第二部分。第一部分被構(gòu)型為當(dāng)襯底被吸盤保持以便加工時環(huán)繞襯底的邊沿。第二部分被構(gòu)型為環(huán)繞吸盤的邊沿，其中第二部分在加工過程中被置于電極與襯底之間。襯底支座還包括位于邊沿環(huán)與電極之間的阻抗匹配層。阻抗匹配層被構(gòu)型為控制通過吸盤、邊沿環(huán)和襯底的電場的阻抗。此阻抗被設(shè)置成影響電場，以便改善襯底表面上的加工均勻性。
具體地，本發(fā)明提出一種在等離子體加工期間用于支持一襯底的均勻性襯底支座，所述均勻性襯底支座設(shè)置在一個等離子體加工室內(nèi)，等離子體在所述等離子體加工室中被點燃和保持以用于所述等離子體加工，所述等離子體加工室具有上端和下端，所述均勻性襯底支座包括設(shè)于所述加工室所述下端處的電極，所述電極被構(gòu)型為在所述加工室內(nèi)產(chǎn)生電場；設(shè)于所述電極上方的吸盤，所述吸盤被構(gòu)型為在所述加工過程中保持襯底；設(shè)于所述電極上方的邊沿環(huán)，所述邊沿環(huán)被構(gòu)型為使所述電極和所述吸盤屏蔽于所述等離子體，所述邊沿環(huán)具有一圍繞襯底的外邊沿的第一部分和鄰接于吸盤的外邊沿的第二部分，該第二部分被構(gòu)型為在所述襯底被所述吸盤保持時設(shè)于所述電極和所述襯底之間；其特征在于，具有設(shè)于所述邊沿環(huán)和所述電極之間的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層被被結(jié)合到所述電極或所述邊沿環(huán)上，所述阻抗匹配層具有影響由所述電極產(chǎn)生所述電場的阻抗，從而產(chǎn)生橫越包括襯底中心和邊沿的襯底上表面上的加工均勻性，所述阻抗匹配層的阻抗是由所用材料、介電常數(shù)、厚度、相對于邊沿環(huán)邊沿的位置和長度影響。
此外，當(dāng)所述襯底被置于所述加工室內(nèi)以進(jìn)行加工時，所述電場在所述襯底表面與所述等離子體之間產(chǎn)生表面電壓。
其中所述電極具有內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域；所述吸盤設(shè)于所述電極內(nèi)部區(qū)域的上方，所述吸盤在所述電極的內(nèi)部區(qū)域的上方內(nèi)影響所述電極與所述等離子體之間的第一阻抗；所述邊沿環(huán)設(shè)于所述電極外部區(qū)域的上方并鄰近所述吸盤的一側(cè)定位，所述邊沿環(huán)影響所述電極的外部區(qū)域的上方內(nèi)的所述電極和等離子體之間的所述第二阻抗；所述阻抗匹配層設(shè)于所述邊沿環(huán)和所述電極之間并位于所述電極外部區(qū)域的上方，所述阻抗匹配層被配置成可改變所述第二阻抗，以改善所述襯底表面上的加工均勻性。
具體地，本發(fā)明提出一種用于在等離子體處理過程中支持襯底的支座，所述支座包括配置成用于產(chǎn)生電場的電極；設(shè)于所述電極上方的吸盤，所述吸盤被配置成用于保持所述襯底；設(shè)于所述電極上方的邊沿環(huán)，所述邊沿環(huán)被配置成用于屏蔽所述電極和吸盤；設(shè)于所述電極和所述邊沿環(huán)之間的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層被結(jié)合到所述電極或所述邊沿環(huán)，所述阻抗匹配層的特性或特征被配置成用于控制所述電極和等離子體之間的阻抗，所述阻抗被配置成影響所述電場以改善所述襯底表面上的加工均勻性。
本發(fā)明提出一種用于在等離子體處理過程中支持襯底的支座，所述支座包括用于在所述等離子體和所述電極之間產(chǎn)生電場的電極，所述電極具有內(nèi)部和外部；設(shè)于所述電極的內(nèi)部上方的吸盤，所述吸盤被構(gòu)型為在加工過程中保持襯底，所述吸盤在所述電極的所述內(nèi)部上方的區(qū)域內(nèi)影響所述電極與所述等離子體之間的第一阻抗；設(shè)于所述電極的所述外部上方并鄰近所述吸盤的一側(cè)定位的邊沿環(huán)，所述邊沿環(huán)被構(gòu)型為至少使所述電極屏蔽于所述等離子體，所述邊沿環(huán)影響所述電極的外部上方區(qū)域內(nèi)的所述電極和等離子體之間的所述第二阻抗；設(shè)于所述邊沿環(huán)和所述電極之間并位于所述電極的外部上方的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層的特征被配置成可調(diào)整所述第二阻抗，以改善所述襯底表面上的加工均勻性。
本發(fā)明也提出一種用于在處理襯底過程中支持襯底的均勻性支座，所述均勻性支座包括被配置成設(shè)于襯底的第一部分下方的第一區(qū)域，該第一區(qū)域在能量被耦合通過它時具有第一阻抗；被配置成設(shè)于襯底的第二部分下方的第二區(qū)域，該第二區(qū)域在能量被耦合通過它時具有第二阻抗，該第二阻抗不同于所述第一阻抗；阻抗匹配層，它被配置成調(diào)節(jié)第二阻抗，使得第二阻抗基本等于第一阻抗。
本發(fā)明還提出適于用在用來處理襯底的處理室中的均勻性機(jī)構(gòu)，等離子體在所述處理室內(nèi)被點燃和保持，該均勻性機(jī)構(gòu)包括第一組成部分，當(dāng)能量被耦合通過它時產(chǎn)生第一阻抗；第二組成部分，當(dāng)能量被耦合通過它時產(chǎn)生第二阻抗，第一阻抗不同于第二阻抗；和阻抗匹配層，其特性被配置成可調(diào)整所述第二阻抗，使得所述第二阻抗基本等于第一阻抗，所述特性包括厚度、長度、位置或材料性質(zhì)中至少一個。
本發(fā)明也提出適于處理室中的阻抗匹配機(jī)構(gòu)，阻抗匹配機(jī)構(gòu)構(gòu)置成影響在處理室中的阻抗，從而控制處理室中形成的的電場。


通過舉例的方式而不是限制的方式來描述本發(fā)明，在附圖中，相似的標(biāo)號表示相似的元件。其中圖1是常規(guī)等離子體加工系統(tǒng)的側(cè)面正視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的等離子體反應(yīng)器的側(cè)面正視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的均勻襯底支座的側(cè)面正視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的均勻襯底支座的側(cè)面正視圖。
具體實施例方式
在加工襯底的過程中，工藝工程師努力改進(jìn)的最重要的參數(shù)之一是加工均勻性。作為此處所用的術(shù)語，加工均勻性指的是襯底表面上的整個加工的均勻性。例如，若加工是高度均勻的，則需要襯底上不同點處的加工速率傾向于基本上相等。在此情況下，襯底的一個區(qū)域不太可能被不適當(dāng)?shù)剡^度加工，而其它區(qū)域卻仍然加工不充分。
本發(fā)明因此涉及到用來加工襯底的改進(jìn)了的方法和裝置。更確切地說，本發(fā)明涉及到一種能夠在襯底表面上產(chǎn)生高度加工均勻性的襯底支座。此襯底支座被構(gòu)型為降低襯底邊沿附近通常出現(xiàn)的電和熱不連續(xù)性。借助于降低這些不連續(xù)性，襯底中心和邊沿之間出現(xiàn)的工藝變化被明顯地減小了。結(jié)果，襯底的大部分能夠被用來制造IC，從而提高了器件產(chǎn)率。
下面參照圖2-4來討論本發(fā)明的實施方案。但本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，此處利用這些圖給出的詳細(xì)描述是為了解釋的目的，本發(fā)明不局限于這些實施方案。
在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明在諸如可從Lam ResearchCorporation of Fremont，CA購得的電容耦合等離子體反應(yīng)器等等離子反應(yīng)器中實施。雖然將示出和描述電容耦合的等離子體反應(yīng)器，但應(yīng)該指出的是，本發(fā)明可以在適合于形成等離子體的任何等離子體反應(yīng)器中實施，例如感應(yīng)耦合反應(yīng)器或ECR反應(yīng)器。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的等離子體反應(yīng)器100。此等離子體反應(yīng)器100通常包括加工室102，等離子體103在其中被點燃并保持用于加工。在加工室102內(nèi)，通常設(shè)置有上電極104，它可以經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)(為簡化描述而未示出)被耦合到第一RF電源106。第一RF電源通常被構(gòu)型為將RF能量饋送到上電極104。在上電極中設(shè)置了氣體入口108，用來將氣態(tài)源材料例如腐蝕劑源氣體釋放到上電極104與襯底110之間的反應(yīng)區(qū)中。也可以從設(shè)在加工室壁本身內(nèi)的入口釋放氣態(tài)源材料。
襯底110被引入到加工室102中，并被置于用作吸盤和下電極的襯底支座112上。襯底支座112最好被通常構(gòu)型為將RF能量饋送給襯底支座112的第二RF電源114偏置(通常也經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò))。襯底支座112的吸盤部分可以代表例如用靜電力將襯底110固定到吸盤表面的ESC(靜電)吸盤。但應(yīng)該理解的是，也可以采用機(jī)械類型的吸盤。此外，襯底110代表待要加工的工件，可以代表例如待要腐蝕、淀積、或其它加工的半導(dǎo)體襯底，或待要加工成平板顯示器的玻璃平板。用來抽出加工過程中形成的副產(chǎn)品氣體的排氣口116，通常也被設(shè)置在加工室102的加工室壁與吸盤112之間。在大多數(shù)實施方案中，排氣口116被耦合到用來保持加工室102適當(dāng)壓力的泵。此外，限制環(huán)120可以被置于加工室102內(nèi)上電極104與襯底支座112之間，以便將等離子體103限制在襯底110上方。
雖然襯底支座112被示出和描述為耦合到RF電源114，但可以理解的是，也可以用其它的構(gòu)型為適應(yīng)不同的加工室或符合能量耦合所需的其它外部因素。例如，在某些單一頻率等離子體反應(yīng)器中，襯底支座可以被耦合到地。
為了產(chǎn)生等離子體103，加工氣體通常通過氣體入口108被輸入到加工室102中。隨后，當(dāng)一種或二種RF電源被施加時，大電場就通過電極104和112中的一個或二者被耦合到加工室內(nèi)部。此電場對存在于加工室102內(nèi)的少量電子進(jìn)行激發(fā)，使它們與加工氣體的氣體分子碰撞。結(jié)果，氣體分子失去電子并成為帶正電的離子。自由電子的產(chǎn)生速率一旦超過其失去速率，等離子體就被點燃。等離子體然后被用于加工任務(wù)，例如在襯底110上選擇性地腐蝕或淀積薄膜。在大多數(shù)情況下，在襯底表面122附近形成表面電壓121，以便使等離子體103的離子向著襯底110加速，這些離子在襯底處可以與其它反應(yīng)劑組合，激活加工反應(yīng)。
應(yīng)該指出的是，雖然詳細(xì)地描述了等離子體反應(yīng)器100，但本發(fā)明本身不局限于任何特定類型的襯底加工裝置，而是可以適用于任何已知的襯底加工系統(tǒng)，包括但不局限于適合于淀積工藝的反應(yīng)器和系統(tǒng)，包括化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、以及濺射之類的物理氣相淀積(PVD)。而且，本發(fā)明可以被用于一些適當(dāng)?shù)囊阎g工藝中的任何一個，包括適合于干法腐蝕、等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕(MERIE)、電子回旋共振(ECR)之類的工藝。而且，可以預(yù)見本發(fā)明可以在任何上述反應(yīng)器以及其它適當(dāng)?shù)牡入x子體加工反應(yīng)器中被應(yīng)用。注意，上面所述是正確的，而不管等離子體能量是通過直流等離子體源提供，通過電容耦合的平行電極板提供，通過ECR微波等離子體源提供，還是通過感應(yīng)耦合的RF源例如螺旋波、螺旋諧振器、以及RF天線(平面的或非平面的)提供。
根據(jù)本發(fā)明的一種情況，提供了一種能夠在襯底表面上產(chǎn)生高度加工均勻性的均勻性襯底支座。確切地說，均勻性襯底支座被構(gòu)型為產(chǎn)生均勻的電場。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的均勻性襯底支座130。均勻性襯底支座130可以分別對應(yīng)于圖2所示的襯底支座112。
均勻性襯底支座130通常包括電極152、吸盤154、邊沿環(huán)156、以及阻抗匹配層158。電極152被構(gòu)型為產(chǎn)生強(qiáng)度足以通過吸盤154、邊沿環(huán)156、阻抗匹配層158和襯底160耦合能量的電場。舉例來說，電極152產(chǎn)生的能量可以被設(shè)置成在襯底表面與等離子體之間形成表面電壓，用來使等離子體中的離子向著襯底加速。被耦合的能量的量通常影響用來加工襯底的等離子體的密度和能量。例如，若耦合的能量多，則離子能量傾向于高，而若耦合的能量少，則離子能量傾向于低。相應(yīng)地，高的離子能量在襯底加工過程中傾向于更富侵蝕性，而低的離子能量在襯底加工過程中傾向于更缺乏侵蝕性。
而且，電極152的頂部表面被構(gòu)造成基本上均勻且基本上平行于襯底160，以便提供均勻的能量分布。此外，電極152通常由諸如鋁的適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料制成。電極152的外圍也被構(gòu)造成延伸到至少襯底160的外邊沿以外。但應(yīng)該指出的是，通常要小心不要使電場延伸到遠(yuǎn)超過襯底160的邊沿之外，因為在此區(qū)域中有一定功率損失量。在一個實施方案中，電極152被構(gòu)型為將能量耦合到襯底160邊沿以外2mm。將電極延伸超過襯底邊沿的一個特別的優(yōu)點是，襯底邊沿處的電學(xué)特性更均勻。亦即，能量的耦合在襯底邊沿附近傾向于更均勻，結(jié)果，襯底表面上的加工就傾向于更均勻。
吸盤154被連接到電極152的上表面，并包括陶瓷層(例如Al2O3)，此陶瓷層被構(gòu)型為當(dāng)襯底160被置于均勻性襯底支座130上以便加工時接收襯底160的背面。通常，吸盤154基本上平行于襯底160。吸盤154可以表示例如用靜電力將襯底160固定到吸盤表面的ESC(靜電)吸盤。在其整個內(nèi)容此處列為參考的授予Kubly等人的美國專利No.5793192中，更詳細(xì)地描述了可以用于均勻性襯底支座130的ESC吸盤構(gòu)造的例子。在大多數(shù)實施方案中，吸盤154的周邊小于襯底160的周邊，使吸盤154在襯底160被置于均勻性襯底支座上以便加工時，被襯底160完全覆蓋。在一個特定的實施方法中，吸盤154的外邊沿終止于離襯底160外邊沿大約2mm的位置。也可以是，吸盤154的外圍可以被構(gòu)造成延伸超過襯底160的外圍。
在某些等離子體反應(yīng)器(例如大功率反應(yīng)器)中，由于來自等離子體的磨損，亦即離子轟擊，故靠近襯底160的表面可能被破壞，因而在電極上方設(shè)置邊沿環(huán)156，以便將電極152和吸盤154屏蔽于等離子體103。在大多數(shù)實施方案中，邊沿環(huán)156被構(gòu)造成消耗性零件，在過度磨損之后就被替換。為了有效地屏蔽電極152和吸盤154，邊沿環(huán)156通常具有圍繞襯底160外邊沿的第一部分162以及圍繞吸盤154外邊沿的第二部分164。第二部分164通常鄰近吸盤154的外邊沿，并位于電極152與襯底160之間。如圖所示，當(dāng)襯底160被置于均勻性吸盤130上以便加工時，第二部分164被襯底160覆蓋。在一種實施方法中，邊沿環(huán)的第二部分在襯底下方延伸大約2mm。
而且，邊沿環(huán)156的外邊沿被構(gòu)造成延伸到至少電極152的外邊沿。但通常最好使邊沿環(huán)156的長度(在底部表面上測量的)較小，以便減少加工襯底160所需的功率。舉例來說，2mm到大約15mm的長度就很好。相似于延伸的電極，邊沿環(huán)有利地提供了延伸到襯底邊沿以外的耦合區(qū)域，襯底上的電學(xué)特性因而傾向于更均勻。而且，邊沿環(huán)156的頂部表面(例如第一部分162)被設(shè)置成稍低于襯底頂部表面或與襯底頂部表面同樣高，使吸盤和邊沿環(huán)共同形成凹陷部分，用來接納襯底以便加工。但應(yīng)該指出的是，可以根據(jù)各個等離子體加工系統(tǒng)的具體設(shè)計而改變邊沿環(huán)頂部表面的高度(例如，可以延伸到襯底以上或可以傾斜)。
而且，邊沿環(huán)156可以被電浮置或被電耦合到DC地(亦即不必是RF地)。此外，邊沿環(huán)通常由諸如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、石英之類的適當(dāng)?shù)慕殡姴牧辖M成。舉例來說，由硅，更確切地說是由單晶硅組成的邊沿環(huán)就很好用。
均勻性襯底支座130還包括位于邊沿環(huán)156與電極152之間的阻抗匹配層158。阻抗匹配層158最好被構(gòu)型為控制襯底表面上由電極152產(chǎn)生的電場的阻抗。更確切地說，阻抗匹配層158被構(gòu)型為改變產(chǎn)生在襯底160邊沿附近的電場的阻抗。借助于改變阻抗，在襯底表面上就產(chǎn)生更均勻的能量耦合。結(jié)果，可以得到加工均勻性，使襯底中心處的加工速率基本上等于襯底邊沿處的加工速率。因此，襯底的邊沿可以被用來制作IC，從而提高了產(chǎn)率。在某些情況下，本發(fā)明使最邊緣的3mm襯底能夠得到應(yīng)用。
如圖3所示，阻抗匹配層158被夾在邊沿環(huán)156與電極152之間。在一個實施方案中，阻抗匹配層158被連接到電極152的上表面。在另一個實施方案中，阻抗匹配層158被連接到邊沿環(huán)156的下表面。在二個實施方案中，都可以用任何適當(dāng)?shù)姆绞絹順?gòu)成阻抗匹配層158與相應(yīng)的表面之間的連接。但在優(yōu)選實施方案中，阻抗匹配層被結(jié)合在相應(yīng)的表面上(例如邊沿環(huán)或電極)，以便產(chǎn)生更好的熱結(jié)合和電結(jié)合。舉例來說，諸如硅橡膠之類的結(jié)合工藝就很好用。
而且，為了有效地控制電極與等離子體之間的阻抗，所用材料的厚度和類型是重要的因素。通常，阻抗匹配層的厚度可以約為0.10-10mm，且阻抗匹配層可以由諸如介質(zhì)、半導(dǎo)體、或?qū)щ姴牧现惖倪m當(dāng)材料組成。舉例來說，諸如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、石英、鋁、陽極氧化鋁之類的材料以及氧化鋁之類的鋁陶瓷就很好用。
阻抗匹配層的長度(或覆蓋量)也是有效地控制電極與等離子體之間的阻抗的一個重要因素。在一個實施方案中，阻抗匹配層的長度等于邊沿環(huán)(例如邊沿環(huán)底部表面上)的長度。在另一個實施方案中，阻抗匹配層的長度小于邊沿環(huán)的長度。在此特定的實施方案中，較小的阻抗匹配層可以向著邊沿環(huán)內(nèi)周邊、邊沿環(huán)的外周邊、或邊沿環(huán)的中間定位。舉例來說，阻抗匹配層可以被設(shè)置成僅處在襯底區(qū)域中的邊沿環(huán)與電極之間。
能夠達(dá)到的能量耦合程度，通常是等離子體與電極之間單位面積的總阻抗的一個因素。如本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的那樣，阻抗通常被定義為阻擋電荷或電流流過電路的一種度量。在具有高和低阻抗的襯底區(qū)的襯底上，以及對襯底上一個給定的功率，通常相信在襯底的低阻抗區(qū)中，被耦合的能量傾向于高，而在襯底的高阻抗區(qū)中，被耦合的能量傾向于低。因此，能量的均勻耦合高度依賴于均勻性襯底支座的阻抗。
通常，單位面積的總阻抗是襯底單位面積阻抗、吸盤單位面積阻抗、邊沿環(huán)單位面積阻抗、阻抗匹配層單位面積阻抗、以及其間出現(xiàn)的任何間隙或界面的單位面積阻抗的函數(shù)。但不幸的是，通過吸盤和襯底在襯底中心產(chǎn)生的阻抗通常不同于吸盤、邊沿環(huán)和襯底在襯底邊沿產(chǎn)生的阻抗，這是由于在襯底邊沿處上述各個部分之間存在著空氣間隙和界面，且吸盤和邊沿環(huán)的材料不同。結(jié)果，襯底邊沿處的能量耦合通常不同于襯底中心處的能量耦合(例如不均勻)。
在一個優(yōu)選實施方案中，阻抗匹配層被設(shè)置成調(diào)整襯底邊沿處的阻抗(例如表面電壓)，使襯底邊沿處的阻抗等于襯底中心處的阻抗。以這種方式，襯底表面上的能量耦合更為均勻，從而能夠達(dá)到加工均勻性。
在一個實施方案中，邊沿環(huán)的厚度和阻抗匹配層的厚度被優(yōu)化，以達(dá)到所希望的耦合效果。例如，邊沿環(huán)厚度的減小/增加和阻抗匹配層厚度的增加/減小，可以減小/增加襯底邊沿處的阻抗。在另一種實施方法中，阻抗匹配層的材料性質(zhì)(例如介電常數(shù))可以被設(shè)置成使襯底邊沿處的阻抗與襯底中心處的阻抗相匹配。例如，介電常數(shù)數(shù)值的減小/增加可以減小/增加襯底邊沿處的阻抗。在另一種實施方法中，阻抗匹配層的長度和位置可以被優(yōu)化，以達(dá)到所希望的耦合效果。例如，較小/較大的阻抗匹配層長度可以減小/增加襯底邊沿處的阻抗。此外，阻抗匹配層相對于邊沿環(huán)邊沿的位置也可以減小/增加襯底邊沿處的阻抗。
因此，阻抗匹配層的厚度以及邊沿環(huán)的厚度、阻抗匹配層的材料性質(zhì)、以及阻抗匹配層的長度和位置，能夠被用來使襯底邊沿處的阻抗與襯底中心處的阻抗相匹配。
在一個特定的實施方案中，邊沿環(huán)第二部分(例如延伸在襯底下方的部分)的厚度約為1mm，且阻抗匹配層的厚度約為1mm。而且，邊沿環(huán)與吸盤的陶瓷層具有相同的介電常數(shù)，而阻抗匹配層的介電常數(shù)大于邊沿環(huán)的介電常數(shù)。在此例子中，介電常數(shù)較大，以便補(bǔ)償存在于吸盤陶瓷部分邊沿處的環(huán)氧樹脂(例如增加的阻抗)。環(huán)氧樹脂通常被用來使吸盤免受局部電場(例如電弧)影響。
雖然襯底支座已經(jīng)被描述為產(chǎn)生均勻的電場，但可以理解的是，襯底支座也可以被構(gòu)型為產(chǎn)生不均勻的電場以補(bǔ)償諸如不均勻等離子體密度之類的其它加工不均勻性。如所述，阻抗量通常影響被耦合的能量數(shù)量，且被耦合的能量的量通常影響用來加工襯底的等離子體的密度和能量。因此，借助于有目的地設(shè)計能夠使電極產(chǎn)生的電場發(fā)生變化的襯底支座，可以改善整個系統(tǒng)的加工均勻性。在一個特定的實施方案中，阻抗匹配層被設(shè)置成改變襯底支座的阻抗，以便在襯底表面上提供電場變化。
除了電耦合之外，襯底與吸盤之間的熱接觸以及電極與邊沿環(huán)之間的熱接觸，通常足以耗散加工過程中產(chǎn)生的熱。如本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的那樣，襯底加工(例如離子轟擊)傾向于提高襯底和圍繞襯底的鄰近表面的溫度。當(dāng)溫度上升時，在襯底上就形成傾向于產(chǎn)生晶片區(qū)壓力和氣體流速變化的局部溫度差。這些變化因而產(chǎn)生等離子體密度高和低的局部區(qū)域，這傾向于影響加工均勻性(例如加工速率)。而且，襯底的溫度可能上升到不可接受的水平。
因此，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供了一種熱傳輸系統(tǒng)，來控制加工過程中襯底和邊沿環(huán)的溫度。此熱傳輸系統(tǒng)通常被構(gòu)型為將熱傳輸媒質(zhì)分配到襯底/吸盤界面和邊沿環(huán)/電極界面。
為了便于討論此實施方案，圖4示出了位于均勻性襯底支座130內(nèi)的熱傳輸系統(tǒng)200。如所述，均勻性襯底支座130被構(gòu)型為支持襯底160，且通常包括電極152、吸盤154、邊沿環(huán)156、以及阻抗匹配層158。熱傳輸系統(tǒng)200通常包括主通道202，用來將熱傳輸媒質(zhì)分配到多個吸盤通道204和多個邊沿環(huán)通道206。吸盤通道204被構(gòu)型為將熱傳輸媒質(zhì)分配到位于吸盤154與襯底160背面之間的第一間隙208。邊沿環(huán)通道206被構(gòu)型為將熱傳輸媒質(zhì)分配到位于電極152與邊沿環(huán)156背面之間的第二間隙210。
在一個實施方案中，氦冷卻氣體在壓力下(例如在一個實施方案中約為20乇)被引入熱傳輸系統(tǒng)，以作為用于精確控制加工過程中襯底和邊沿環(huán)溫度以確保均勻而可重復(fù)的加工結(jié)果的熱傳輸媒質(zhì)。在另一個實施方案中，邊沿環(huán)156被用螺栓250連接到電極，以保持邊沿環(huán)同時提供適當(dāng)?shù)拈g隔以便在第二間隙處釋放熱傳輸媒質(zhì)。此外或作為變通，加熱器可以被置于襯底支座內(nèi)，以便提供甚至更好的溫度控制。
如從上面可見，本發(fā)明提供了許多相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點。舉例來說，本發(fā)明能夠以襯底表面上高度加工均勻性來加工襯底。特別是襯底支座提供了能夠控制襯底支座阻抗的阻抗匹配層，從而能夠控制由其耦合的電場。在一種構(gòu)造中，阻抗匹配層被設(shè)置成使襯底支座在加工室內(nèi)產(chǎn)生均勻的電場。結(jié)果，用來加工襯底的離子密度和離子能量更為均勻，從而能夠得到均勻的加工。在另一種構(gòu)造中，阻抗匹配層被設(shè)置成使襯底支座產(chǎn)生變化的電場，以補(bǔ)償其它的不均勻性(例如不均勻的等離子體密度)。結(jié)果，能夠改善加工均勻性。此外，本發(fā)明提供了一種襯底支座，它被構(gòu)型為在加工過程中冷卻襯底和邊沿環(huán)二者，結(jié)果降低了傾向于產(chǎn)生加工不均勻性的溫度、壓力和電導(dǎo)起伏。因此，本發(fā)明減小了邊沿廢棄并提高了襯底產(chǎn)率。
雖然根據(jù)幾個優(yōu)選實施方案已經(jīng)描述了本發(fā)明，但在本發(fā)明范圍內(nèi)具有各種的改變、變型和等效物。還應(yīng)該指出的是，存在著許多實現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的不同的方式。因此認(rèn)為所附的權(quán)利要求書包括了所有這些本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、變型和等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于在等離子體處理過程中支持襯底的支座，所述支座包括配置成用于產(chǎn)生電場的電極；設(shè)于所述電極上方的吸盤，所述吸盤被配置成用于保持所述襯底；設(shè)于所述電極上方的邊沿環(huán)，所述邊沿環(huán)被配置成用于屏蔽所述電極和吸盤；設(shè)于所述電極和所述邊沿環(huán)之間的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層被結(jié)合到所述電極或所述邊沿環(huán)，所述阻抗匹配層的特性或特征被配置成用于控制所述電極和等離子體之間的阻抗，所述阻抗被配置成影響所述電場以改善所述襯底表面上的加工均勻性。
2.如權(quán)利要求1所述的支座，其特征在于，所述阻抗被配置成減小所述電場中的變化。
3.如權(quán)利要求1所述的支座，其特征在于，所述阻抗被配置成產(chǎn)生所述電場中的變化。
4.如權(quán)利要求1所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層被配置成控制在所述襯底的邊沿處所述電極和所述等離子體之間的阻抗。
5.如權(quán)利要求1所述的支座，其特征在于，所述邊沿環(huán)包括第一部分，當(dāng)襯底由所述吸盤所保持時，所述第一部分被配置成位于在所述電極和襯底之間。
6.如權(quán)利要求1所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層被構(gòu)型為當(dāng)由所述吸盤保持所述襯底時設(shè)置在所述電極和所述襯底之間。
7.如權(quán)利要求5所述的支座，其特征在于，所述第一部分與所述吸盤配合來限定用于接收所述襯底的下表面的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求5所述的支座，其特征在于，所述邊緣環(huán)具有延伸到所述第一部分上方的第二部分，所述第一部分被構(gòu)型為圍繞所述吸盤的外邊沿，所述第二部分被構(gòu)型為當(dāng)所述襯底被所述吸盤保持時圍繞所述襯底的外邊沿，從而所述邊沿環(huán)與所述吸盤配合來形成接收所述襯底以用于進(jìn)行加工的凹陷部分。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述吸盤具比所述襯底的外周邊小的外周邊。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述阻抗匹配層是由介電材料形成的。
11.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，所述吸盤、邊沿環(huán)和阻抗匹配層是由介電材料形成的，其中所述邊沿環(huán)的介電常數(shù)等于所述吸盤的介電常數(shù)，且所述阻抗匹配層的介電常數(shù)與所述邊沿環(huán)和所述吸盤的介電常數(shù)不同。
12.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工系統(tǒng)，其特征在于，由所述吸盤產(chǎn)生的第一阻抗與由所述邊沿環(huán)產(chǎn)生的第二阻抗不同，其中所述阻抗匹配層被設(shè)置成調(diào)整由所述邊沿環(huán)產(chǎn)生的第二阻抗，使得所述第二阻抗大致等于由所述吸盤產(chǎn)生的所述第一阻抗。
13.一種用于在等離子體處理過程中支持襯底的支座，所述支座包括用于在所述等離子體和所述電極之間產(chǎn)生電場的電極，所述電極具有內(nèi)部和外部；設(shè)于所述電極的內(nèi)部上方的吸盤，所述吸盤被構(gòu)型為在加工過程中保持襯底，所述吸盤在所述電極的所述內(nèi)部上方的區(qū)域內(nèi)影響所述電極與所述等離子體之間的第一阻抗；設(shè)于所述電極的所述外部上方并鄰近所述吸盤的一側(cè)定位的邊沿環(huán)，所述邊沿環(huán)被構(gòu)型為至少使所述電極屏蔽于所述等離子體，所述邊沿環(huán)影響所述電極的外部上方區(qū)域內(nèi)的所述電極和等離子體之間的所述第二阻抗；設(shè)于所述邊沿環(huán)和所述電極之間并位于所述電極的外部上方的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層的特征被配置成可調(diào)整所述第二阻抗，以改善所述襯底表面上的加工均勻性。
14.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，所述吸盤是靜電吸盤。
15.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層被結(jié)合到所述邊沿環(huán)。
16.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層被結(jié)合到所述電極。
17.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層相對于所述邊沿環(huán)的長度和位置被調(diào)整，以控制所述第二阻抗。
18.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層由具有介電常數(shù)的材料形成的，其中所述介電常數(shù)被調(diào)整以控制所述第二阻抗。
19.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，所述阻抗匹配層的厚度被調(diào)整，以控制所述第二阻抗。
20如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，當(dāng)所述襯底被置于所述吸盤上以進(jìn)行加工時，所述電極的外周邊大于或等于所述襯底的外周邊。
21.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，當(dāng)所述襯底被置于所述吸盤上以進(jìn)行加工時，所述電場在所述襯底的表面處產(chǎn)生均勻的表面電壓。
22.如權(quán)利要求13所述的支座，還包括耦合到所述電極的射頻電源，所述射頻電源被構(gòu)型為將射頻能量饋送到所述電極。
23.如權(quán)利要求13所述的支座，還包括熱傳輸系統(tǒng)，用來控制加工過程中所述襯底和所述邊沿環(huán)的溫度，所述熱傳輸系統(tǒng)包括延伸通過所述電極到所述吸盤與所述襯底之間的界面的第一通道以及延伸通過所述電極到所述電極與所述邊沿環(huán)之間的界面的第二通道，所述熱傳輸系統(tǒng)被構(gòu)型為通過所述通道提供熱傳輸媒質(zhì)。
24.如權(quán)利要求23所述的支座，其特征在于，所述熱傳輸媒質(zhì)是氦氣。
25.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，阻抗匹配層被構(gòu)型為使所述襯底邊沿處的電極和等離子體之間的阻抗與所述襯底中心處的電極和等離子體之間的阻抗匹配。
26.如權(quán)利要求13所述的支座，其特征在于，當(dāng)所述襯底設(shè)于所述吸盤上以進(jìn)行加工時，所述電極的所述內(nèi)部對應(yīng)于所述襯底的內(nèi)部，且當(dāng)所述襯底設(shè)于所述吸盤上以進(jìn)行加工時，所述電極的所述外部對應(yīng)于所述襯底的外部。
27.一種用于在處理襯底過程中支持襯底的均勻性支座，所述均勻性支座包括被配置成設(shè)于襯底的第一部分下方的第一區(qū)域，該第一區(qū)域在能量被耦合通過它時具有第一阻抗；被配置成設(shè)于襯底的第二部分下方的第二區(qū)域，該第二區(qū)域在能量被耦合通過它時具有第二阻抗，該第二阻抗不同于所述第一阻抗；阻抗匹配層，它被配置成調(diào)節(jié)第二阻抗，使得第二阻抗基本等于第一阻抗。
28.適于用在用來處理襯底的處理室中的均勻性機(jī)構(gòu)，等離子體在所述處理室內(nèi)被點燃和保持，該均勻性機(jī)構(gòu)包括第一組成部分，當(dāng)能量被耦合通過它時產(chǎn)生第一阻抗；第二組成部分，當(dāng)能量被耦合通過它時產(chǎn)生第二阻抗，第一阻抗不同于第二阻抗；阻抗匹配層，其特性被配置成可調(diào)整所述第二阻抗，使得所述第二阻抗基本等于第一阻抗，所述特性包括厚度、長度、位置或材料性質(zhì)中至少一個。
29.如權(quán)利要求28所述的均勻性機(jī)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)襯底被設(shè)于處理室內(nèi)以進(jìn)行處理時，所述第一組成部分設(shè)于襯底的內(nèi)部下方，并且第二組成部分設(shè)于襯底的外部下方。
30.如權(quán)利要求28所述的均勻性機(jī)構(gòu)，其特征在于，阻抗匹配層設(shè)于所述第二組成部分的下方。
31.如權(quán)利要求28所述的均勻性機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述均勻性機(jī)構(gòu)是配置成用于在處理過程中支持襯底。
32.如權(quán)利要求28所述的均勻性機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一組成部分為吸盤，所述第二組成部分為邊沿環(huán)。
33.如權(quán)利要求28所述的均勻性機(jī)構(gòu)，還包括用于產(chǎn)生電場的第三組成部分。
34.如權(quán)利要求28所述的均勻性機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一和第二組成部分均設(shè)置在電極之上。
35.適于處理室中的阻抗匹配機(jī)構(gòu)，阻抗匹配機(jī)構(gòu)構(gòu)置成影響在處理室中的阻抗，從而控制處理室中形成的的電場。
36.如權(quán)利要求35所述的阻抗匹配機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述阻抗匹配機(jī)構(gòu)被包含在用于在處理室中支持襯底的支座內(nèi)。
37.如權(quán)利要求35所述的阻抗匹配機(jī)構(gòu)，其特征在于，阻抗被控制以減小電場的改變。
38.如權(quán)利要求35所述的阻抗匹配機(jī)構(gòu)，其特征在于，阻抗被控制以產(chǎn)生電場的改變。
全文摘要
這里公開了一種用于加工襯底的等離子體加工系統(tǒng)。此等離子體加工系統(tǒng)包括加工室，等離子體在其中被點燃和保持以用于加工。等離子體加工系統(tǒng)還包括位于加工室下端處的電極(152)。電極被構(gòu)型為用來在加工室中產(chǎn)生電場。等離子體加工系統(tǒng)還包括用來控制電極與等離子體之間的阻抗的元件(158)。此阻抗被設(shè)置成影響電場，以改善襯底表面上的加工均勻性。
文檔編號C23C16/00GK1822317SQ200610009280
公開日2006年8月23日 申請日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月30日
發(fā)明者F·郝, A·R·埃林貝, E·H·倫茨 申請人:蘭姆研究有限公司