具有分布式人字形图案和相对于外部的内外tcp线圈的相关定位的内部法拉第屏蔽件的制作方法
【专利摘要】本发明限定了具有带限定凹槽构造的内部法拉第屏蔽件的等离子体处理腔室。在一示例中，腔室包括用于接纳衬底和布置在静电卡盘上方的介电窗的静电卡盘。还包括布置在腔室内部且限定在静电卡盘和介电窗之间的法拉第屏蔽件。所述法拉第屏蔽件包括具有内区、邻近内区的中区、邻近中区的外区。进一步限定法拉第屏蔽件的为延伸贯通所有三个区的第一组径向槽(A)、仅延伸贯通仅仅外区的第二组径向槽(C)以及延伸贯通中区和外区的第三组径向槽(B)。第一、第二和第三径向槽以槽A、C、B和C的重复模式围绕法拉第屏蔽件沿径向布置。
【专利说明】具有分布式人字形图案和相对于外部的内外TCP线圈的相关定位的内部法拉第屏蔽件
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及半导体制造，并且尤其涉及包含用于保持感应耦合等离子体蚀刻装置的窗的状态的法拉第屏蔽件(Faraday shield)的装置。
【背景技术】
[0002]在半导体制造中，通常地且重复地实施蚀刻工艺。如本领域技术人员所公知的，存在两种类型的蚀刻工艺:湿蚀刻和干蚀刻。一种类型的干蚀刻为利用感应耦合等离子体蚀刻装置执行的等离子体蚀刻。
[0003]等离子体包含各种类型的自由基以及正离子和负离子。各种自由基、正离子和负离子的化学反应用于蚀刻晶片的特征、表面和材料。在蚀刻工艺期间，腔室线圈执行与变压器中的初级线圈相似的功能，而等离子体执行与变压器中的次级线圈相似的功能。
[0004]通过蚀刻工艺产生的反应产物可能为挥发性的或非挥发性的。挥发性反应产物连同使用过的反应性气体一起通过气体排放端口被废弃。然而，非挥发性的反应产物通常保留在蚀刻腔室中。非挥发性的反应产物会附着到腔室壁和介电窗上。非挥发性反应产物附着到窗上会干扰蚀刻工艺。过量的沉积会导致颗粒从窗上剥落到晶片上，从而妨碍蚀刻工艺。因此，过量的沉积要求更加频繁的清洁腔室壁和窗，这不利地影响了晶片产量。另外， 如果窗上覆有蚀刻副产物，则腔室传送足够磁通至等离子体的能力变弱，这相应地减弱了控制蚀刻操作的方向性的能力，控制蚀刻操作的方向性的能力在处理高纵横比轮廓特征时是重要的。
[0005]鉴于上述情况，对于在保持传送足够级别的磁通至等离子体的能力的同时保护处理腔室的介电窗的装置和方法存在需求。
【发明内容】
[0006]公开了一种用于在半导体器件的制造过程中用于蚀刻半导体衬底以及形成在所述半导体衬底上的层的装置。该装置由在其中进行蚀刻的腔室限定。所`述装置包括用于支撑待蚀刻衬底的卡盘、连接RF源和地的连接件、位于腔室上顶部中的介电窗以及布置在所述介电窗上方的射频(RF)线圈。进一步布置在腔室内的为法拉第屏蔽件。
[0007]提供了具有内部法拉第屏蔽件的等离子体处理腔室，所述内部法拉第屏蔽件具有限定的凹槽构造。在一个示例中，腔室包括用于接纳衬底的静电卡盘以及与腔室的顶部连接的介电窗，其中所述介电窗布置在静电卡盘的上方。还包括布置在腔室内且限定在静电卡盘和介电窗之间的法拉第屏蔽件。法拉第屏蔽件包括具有内径范围的内区、具有中径范围的中区、具有外径范围的外区，其中所述内区与中区相邻，并且中区与外区相邻。进一步限定法拉第屏蔽件的为延伸贯通内区、中区和外区的第一组径向槽(A)、仅延伸贯通外区的第二组径向槽(C)以及延伸贯通中区和外区的第三组径向槽(B)。在该构造中，第一、第二和第三径向槽以槽A、C、B和C的重复模式围绕法拉第屏蔽件沿径向布置。[0008]在另一实施例中，提供了安装在腔室内部的法拉第屏蔽件。所述法拉第屏蔽件由具有中央孔的圆形板结构限定。圆形板结构包括具有内径范围的内区、具有中径范围的中区、具有外径范围的外区，其中内区与中区相邻，并且中区与外区相邻。进一步限定法拉第屏蔽件的是延伸贯通内区、中区和外区的第一组径向槽(A)、仅延伸贯通外区的第二组径向槽(C)以及延伸贯通中区和外区的第三组径向槽(B)，其中第一、第二和第三径向槽以槽A、 C、B和C的重复模式围绕法拉第屏蔽件沿径向布置。并且，槽A、B和C中的每一个由人字形凹槽限定。
[0009]在一个实施例中，法拉第屏蔽件与介电窗邻近布置，以防止或显著减少在介电窗的表面上的沉积物。在该实施例中，法拉第屏蔽件限定有多个径向槽，每个径向槽由人字形图案构造。径向槽分布在法拉第屏蔽件的周围，以使得在一个实施例中，限定三个槽区。 以径向构造限定三个槽区，其中一个槽(A)延伸经过全部三个区(内、中、外)，随后是一个槽 (C)仅沿外区延伸，随后是一个槽(B)延伸经过外区和中区。然后，围绕法拉第屏蔽件沿径向重复该樽式，限定了樽式A, C, B, C、A, C, B, C、A, C, B, C、A, C, B,...等等。
[0010]人字形槽被构造为使得不提供使蚀刻材料穿透法拉第屏蔽件且到达介电窗的直接视线或自由路径。应当理解的是，人字形槽的几何结构仅为一个示例，并且其它几何结构的槽构造也能够减少或防止从主体等离子体区域到介电窗的自由视线。人字形设计的有益之处在于，因其互锁本质的径向几何结构。从原理上讲，人字形的金属壁能够极薄，并且它们仅受机械强度和热因素限制。其它现有设计并不互锁，而是具有最小间距，这使得它们在径向布局中不太有效。
[0011]在一个实施例中，对法拉第屏蔽件进行优化以与RF线圈的几何构造一起工作。例如，被置于腔室外部以及介电窗上方的RF线圈与槽A、B和C的分布相关，并且还与沿径向方向限定的三个区相关。在该实施例中，为了使磁通合理地通过屏蔽，一些槽将位于线圈的下方。
[0012]在另外的实施例中，被放置为与法拉第屏蔽件的区成相关关系的法拉第屏蔽件还与调谐电路f禹合。
[0013]在不使用如本文限定的最优化的法拉第屏蔽件的情况下，由蚀刻材料和蚀刻化学物质得到的沉积物将更易于附着到介电窗的内表面上，这最终影响RF线圈将足够的能量和控制传递到在腔室内产生的等离子体的能力。这种影响可以包括等离子体中离子能量的减少、离子密度的径向控制的减少以及减少缺陷的其它处理。例如，耐火金属的蚀刻导致在腔室的介电窗上的如此多的沉积物，并且这些导电性的沉积物(随着它们积聚)逐渐地防止磁场从励磁线圈耦合到等离子体。这导致等离子体密度的降低、过程漂移以及最终不能点燃感应等离子体。此外，尽管处理性能的一些减弱在过去的腔室构造中是可接受的，但是对缩小特征尺寸的驱动已经继续要求在处理性能方面甚至更高严格的容限。与特征尺寸缩小相称的是蚀刻非常高深宽比特征的最终需求。
[0014]因此，特征尺寸继续减小至低纳米工艺节点且更甚，蚀刻设备性能随时间经受漂移不再可接受。进一步影响该问题的是对于高产量与执行设备清洁操 作的较少时间的互补制造需求。
【专利附图】
【附图说明】[0015]可通过参照下文结合附图进行的详细说明来最佳地理解本发明及其进一步的优点。
[0016]图1A示出了依照本发明的一个实施例的用于蚀刻操作的等离子体处理系统。
[0017]图1B示出了依照本发明的一个实施例的俯视图，其示意性地表示内线圈和外线圈。
[0018]图2示出了依照本发明的一个实施例的腔室的三维视图。
[0019]图3示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件的仰视图。
[0020]图4示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件的剖视图，露出了法拉第屏蔽件的人字形槽。
[0021]图5以三维图示示出了本发明的另一实施例。
[0022]图6示出了依照本发明的一个实施例的内腔室的最上部的剖视图。
[0023]图7示出了依照本发明的一个实施例的线圈和槽A、B和C底侧的更加详细的视图。
[0024]图8示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件槽的分布的俯视图。
[0025]图9A示出了依照本发明的一个实施例的内线圈下方的影像电流的路径。
[0026]图9B示出了依照本发明的一个实施例的围绕槽B前进而不是通过槽B的电流的部分的示例。
[0027]图1OA和IOB示出了依照本发明的一个实施例的腔室102的上衬垫118的三维视`图。
[0028]图1lA-B示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件的三维视图。
[0029]图1lC示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件的俯视图。
[0030]图1lD示出了法拉第屏蔽件被布置为与介电窗邻近或完全接触的另一实施例。
[0031]图12和图13示出了基准离子密度分布图。
[0032]图14和图15示出了依照本发明的一个实施例的在处理腔室102内使用内部法拉第屏蔽件的结果。
[0033]图16和图17示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件安装在腔室内的实施例与当法拉第屏蔽件不安装在腔室内时之间的比较。
[0034]图18A-C示出了对介电窗的实验结果。
[0035]图19A和图19B示出了依照本发明的一个实施例的在图18A-C中描述的铝蚀刻期间执行的处理操作之后的法拉第屏蔽件的状态。
【具体实施方式】
[0036]公开了一种在半导体器件的制造过程中用于蚀刻半导体衬底和形成在所述半导体基本上的层的装置。该装置由腔室限定，在该腔室中执行蚀刻。法拉第屏蔽件布置在该腔室内，并且配置有与TCP线圈的放置相关的三区槽构造，TCP线圈布置在腔室的介电窗上方。在下面的说明中，阐述了多方面具体细节，从而提供对本发明的全面理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明可在不具有这些具体细节中的一些的情况下来实施。在其它情况下，为了避免不必要地模糊本发明，未对公知的工艺操作和实现细节进行详细说明。[0037]在适于蚀刻耐干蚀刻的金属的包括平面型窗和大致平面型励磁线圈的感应耦合式等离子体蚀刻模式中，带槽的屏蔽件布置在处理模块内，在绝缘真空阻挡窗和处理空间之间。该屏蔽件包括金属，优选地为铜或铝。屏蔽件优选地包含穿透屏蔽件的厚度的多个径向槽。优选地，槽提供的是不存在通过屏蔽件的视线，并且被优化以捕获源自于处理空间的非挥发性材料，因为这些材料附着到槽的内壁上。此外，槽的数量和物理尺寸被优化以提供励磁线圈所产生的交变磁场对屏蔽件的最大程度的穿透，同时提供屏蔽件的良好热均匀性，控制屏蔽件中温度上升的能力，以及机械刚度。优选地，对屏蔽件所有面进行涂覆，使其以粗糙的涂层或施加的纹理面向处理空间，以提高沉积材料的附着力。
[0038]屏蔽件可通过电镀方式接地、绝缘或利用适当的AC或DC电源加电。如果绝缘或加电，则屏蔽件可包括安装在绝缘结构中的导电的、带槽部分，绝缘结构防止导电部分与系统其它部件发生不期望短路。这种屏蔽件可包括多个单独的部件或者可接合成单个单元。 在一个实施例中，如本文限定的安装在腔室内的法拉第屏蔽件为高要求的蚀刻应用进行优化。这些蚀刻应用不限制地包括在制造磁阻随机存取存储器(MRAM)器件时蚀刻器件特征。 在该构造中，法拉第屏蔽件接地并且被很好地构造以在工作期间阻挡电容耦合。
[0039]而且，由于电容耦合对于等离子体已降低，这具有如下附加优点:等离子体电位降低，并且随后等离子体的电子温度降低。等离子体的这种“冷却”可有益于等离子体处理， 因为这将有益于当前Si凹坑存在问题的软蚀刻应用。
[0040]位于腔室内的法拉第屏蔽件的设计能够在感应耦合等离子体反应器中用于蚀刻材料，如 Pt、Ir、PtMn、PdCo、Co、CoFeB、CoFe,NiFe, W, Ag、Cu、Mo、TaSn、Ge2Sb2Te2、InSbTe, Ag-Ge-S> Cu-Te-S> IrMn、Ru。该构思能够扩展至如 NiOx、SrTiOx、Perovskite (CaTi03)、 PrCAMn03、PZT(PbZrl-xTix03)、(SrBiTa)03之类的材料以保持介电窗清洁而不存在任何沉积物。该处理能够与适当的干等离子体清洁处理结合以保持屏蔽件的表面清洁以及控制等离子体漂移。内部法拉第屏蔽件可与当今制造工艺中可用的任何气体组合(包括CO、NH3、 CH30H+标准气体)一起使用。而且，内部法拉第屏蔽件能够接地、漂浮或根据需要加电以满足处理需要。
[0041]图1A示出了依照本发明的一个实施例的用于蚀刻操作的等离子体处理系统。该系统包括腔室102，腔室102包括卡盘104、介电窗106和法拉第屏蔽件108。卡盘104可以为用于支撑衬底(当存在时)的静电卡盘。还示出了围绕卡盘104的边缘环116，并且当晶片存在于卡盘104上方时，边缘环116具有与晶片的上表面近似成平面的上表面。腔室 102还包括与上衬垫118耦合的下衬垫110。上衬垫118被构造为支撑法拉第屏蔽件108。 在一个实施例中，上衬垫118接地并且因此使法拉第屏蔽件108接地。在法拉第屏蔽件108 和介电窗106之间提供空间107。如图所示，法拉第屏蔽件108被分成多个区。
[0042]还示出了 RF发生器160，其能够由一个或多个发生器限定。如果提供多个发生器， 则不同的频率能够用于实现各种调谐特性。偏置匹配件162耦合在RF发生器160和限定卡盘104的组件的导电板之间。卡盘104还包括使能晶片的卡盘固定和去卡盘固定的静电电极。广义地讲，提供滤波器164和DC箝位电源。还能够提供将晶片从卡盘104提升起的其它控制系统。尽管未示出，泵与腔室102连接以使能在操作等离子体处理期间进行真空控制以及从腔室中去除气态副产物。如上所述，在一个实施例中法拉第屏蔽件通过与接地的腔室壁连接而被接地。[0043]在一个实施例中，区被分成三个部分。内区包括槽A，中区包括槽A-B，并且外区包括槽A-B-C，下文将更详细说明。法拉第屏蔽件108优选地包括通过加工成人字形模式的槽限定的多个径向槽。如上所述，人字形模式被构造为防止在诸如蚀刻之类的等离子体处理期间到达腔室中的处理材料的直接视线。通过提供人字形模式，法拉第屏蔽件108被构造为在操作期间保护介电窗106的表面。介电窗106优选地与法拉第屏蔽件108分隔开空间 107，如上所述。法拉第屏蔽件108布置在卡盘104上方，卡盘104还作为底部电极工作。
[0044]法拉第屏蔽件具有中央区域，该中央区域允许喷头将处理气体输送到腔室102的处理容积中。另外，其它探测装置还能够通过法拉第屏蔽件108布置中央区域中，如果它们都提供的话。探测装置能够被设置以探测在操作期间与等离子体处理系统相关的参数。探测处理可以包括端点检测、等离子体密度测量、离子密度测量和其它度量探测操作。如图所示，法拉第屏蔽件具有包括槽A的中央区、包括槽A-B的中间区域以及包括槽A-C-B的外部区域。限定在法拉第屏蔽件108中的各个槽被构造为从圆形法拉第屏蔽件108的中央散发的径向模式。法拉第屏蔽件108的圆形形状是由典型晶片的几何结构(通常为圆形)限定的。众所周知，晶片通常以各种尺寸设置，诸如200mm、300mm、450mm等。[0045]另外，根据在腔室102内执行的蚀刻操作，对于方形类型的衬底或更小的衬底，其它形状是可能的。在优选的实施例中，法拉第屏蔽件108将设置为圆形类型的屏蔽件，其与典型的半导体晶片衬底的圆形形状相似。
[0046]布置在法拉第屏蔽件108上方的是介电窗106。如上所述，介电窗106能够由石英型材料限定。其它介电材料也是可能的，只要它们能够承受半导体蚀刻腔室的条件即可。 典型地，腔室以范围在大约50摄氏度和大约120摄氏度之间的高温下工作。温度将取决于蚀刻工艺操作和具体配方。腔室102还将在大约I毫托(mT)和大约100毫托(mT)之间的范围内的真空条件下工作。尽管未示出，腔室102典型地与安装在清洁房间的设施或制造设施耦合。设施包括提供处理气体、真空、温度控制和环境颗粒控制的管道。
[0047]当安装在目标制造设施中时，这些设置与腔室102耦合。另外，腔室102可与传递腔室耦合，传递腔室使机器人能够利用典型的自动化设备将半导体晶片传递进出腔室102。
[0048]继续参考图1A，TCP线圈被显示出包括内线圈(IC) 122和外线圈(OC) 120。TCP 线圈被放置和布置在介电窗106的上方，介电窗106相应放置在法拉第屏蔽件108的上方。 在一个实施例中，内线圈122和外线圈120的定位被具体地调节以与法拉第屏蔽件108中的各区的位置相关。例如，法拉第屏蔽件108的外区基本上定位在TCP线圈的外线圈120 的下方。TCP线圈的内线圈122基本上定位在法拉第屏蔽件108的中区上方，与法拉第屏蔽件108的内区部分重叠。
[0049]TCP线圈内部结构和外部结构的放置之间的相关性按测量相对于法拉第屏蔽件 108的径向区限定，从而实现法拉第屏蔽件108结构和控制调谐电路单元124之间的调谐。 通过相对于法拉第屏蔽件108的各区调谐TCP线圈的放置以及输送至TCP线圈的功率，可以减少腔室102内颗粒在法拉第屏蔽件108的暴露表面上的沉积。
[0050]在一个实施例中，TCP线圈与控制调谐电路124耦合，控制调谐电路124包括与内线圈120和外线圈122的连接。如图所示，外线圈120的外环与节点146耦合，节点146依次与可变电容器136连接。可变电容器136在与匹配部件128和RF发生器126连接之前布置在节点146和144之间。外线圈120的内环与节点142连接，节点142与电容器132连接。电容器132耦合在地和节点142之间。内线圈122的外环与节点140连接，节点140 则与可变电容器134连接。
[0051]可变电容器134耦合在节点140和节点144之间。内线圈122的内环的内环与节点148耦合。节点148与电感器130耦合，电感器130也接地。因此，控制调谐电路124使能对可变电容器134和136进行动态调谐以便当内线圈和外线圈放置在具有上述三个区的法拉第屏蔽件108上方时调谐提供给内线圈和外线圈的功率。
[0052]在一个实施例中，控制调谐电路124被配置为调谐TCP线圈以相对于外线圈120 将更多的功率提供给内线圈122。在另一实施例中，控制调谐电路124被配置为调谐TCP线圈以相对于外线圈120将更少的功率提供给内线圈122。在另一实施例中，提供给内线圈和外线圈的功率将提供功率的均匀分布和/或控制衬底(即，晶片，当存在时)上方径向分布的离子密度。在又一实施例中，将基于为针对布置在卡盘104上方的半导体晶片执行的蚀刻而限定的处理参数来调节限定外线圈和内线圈之间的功率调谐。
[0053]在一种实现中，具有两个可变电容器的电路被配置为自动调节以实现两个线圈中的电流的预定比率。在该实现中，该比率可以为0.1至1.5。在另一实现中，电流近似相等。 在又一实施例中，该比率为零，使得在操作期间仅设定外线圈。
[0054]应当理解的是，通过将可调谐TCP线圈设置在分区式法拉第屏蔽件108的上方，腔室102能够提供用于控制离子密度与TCP功率以及径向离子密度分布的更多灵活性，具体取决于所执行的处理操作。另外，通过控制相对于法拉第屏蔽件108的各区到TCP线圈的功率，可以控制并防止在处理期间期望量的沉积物沉积到法拉第屏蔽件108的内表面上。 例如，一些处理操作将趋于将更多的聚合物或蚀刻残渣沉积到腔室102内的法拉第屏蔽件 108的暴露表面上。在这些情况下，控制调谐电路124能够被调整以对在法拉第屏蔽件108 的暴露表面上的更少的溅射或沉积发挥作用。
[0055]在一个实施例中，通过与腔室102的电子板连接的处理控制器来控制电容器134 和136。电子板能够与联网系统耦合，联网系统将操作取决于在具体循环期间所期望的处理操作的具体处理例程。因此，电子板能够控制在腔室102中执行的蚀刻操作，以及控制电容器134和136的具体设定。
[0056]图1B示出了依照本发明的一个实施例的俯视图，示意性地表示内线圈122和外线圈120。作为一个示例，图1B中示出的截面表示与图1A中的线圈的连接。内线圈122包括内线圈I和内线圈2以及外线圈I和外线圈2。线圈末端之间的连接相对于设置在控制电路124中的电路图示出，如图1A中所示。图1B中的图示被提供以示出依照本发明的一个实施例的与在腔室102中使用的TCP线圈的内线圈和外线圈中的每一个相关联的圆形绕组。应当理解，其它类型的线圈构造是可能的。可以具有提供圆顶型结构以及除了平坦线圈分布之外的其它线圈类型结构的维度线圈。根据与TCP线圈的几何形状相关联的构造， 能够调节法拉第屏蔽件108中的具体区。
[0057]图2示出了依照本发明的一个实施例的腔室102的三维视图。如图所示，腔室102 将包括晶片支撑件104，也称为卡盘或底部电极。在图2中还示出了聚焦环116，以及使能在操作期间从腔室中去除等离子体副产物的穿孔等离子体限制环112，如流动线路114所示。尽管未图示，向腔室102提供连接以便在操作期间利用本领域公知的各种泵构造去除副产物。[0058]腔室102的三维视图还示出了下衬垫110的侧壁，下衬垫110包括多个槽以在操作期间允许等离子体副产物的流动，同时仍将等离子体限制在衬底的表面上方。进一步示出的是上衬垫118，上衬垫118具有锥形结构。衬垫118优选地接地，如腔室102那样。上衬垫118提供了用于将法拉第屏蔽件108支撑为与上衬垫118成紧密联系的结构。该紧密联系优选地是通过确保法拉第屏蔽件108和上衬垫118之间的正确连接的0形圈来建立的，同时仍提供用于为法拉第屏蔽件108提供接地的电传导。如图所示，介电窗106 (优选地为石英窗)设置在法拉第屏蔽件108的上方。
[0059]图2的三维视图还示出了外线圈120和内线圈122的放置。还示出了与内线圈和外线圈实现的电连接，这允许与控制调谐电路124相互连接。控制电路124能够包括RF发生器126和匹配部件128，或者这些部件能够从控制调谐电路124中排除。调谐电路的配置能够利用与腔室102的控制系统接口的单独的电路和/或软件来限定。
[0060]图3示出了依照本发明的一个实施例的暴露到腔室102的内区的法拉第屏蔽件 108的仰视图。图4示出了法拉第屏蔽件108的截面，露出了法拉第屏蔽件108的人字形槽 109。如图所示，法拉第屏蔽件108包括多个径向槽区。径向槽由人字形凹槽限定，并且各区分布在法拉第屏蔽件108的内区、中区和外区之间。如上所述，在法拉第屏蔽件108的各区的布置和腔室102的内线圈和外线圈之间限定相关性。此外，TCP线圈的内线圈和外线圈与控制调谐电路124相接，控制调谐电路124使能控制输送到腔室的能量以精确地实现期望的蚀刻操作。在一个实施例中，内区槽被称为槽108a，中区槽被称为槽108b，并且外区槽被称为槽108c。如图1A中所述，在外线圈120和内线圈122的放置相对于法拉第屏蔽件 108的三个区之间存在关联。
[0061]图5以三维图示示出了本发明的另一实施例。如图所示，外TCP线圈和内TCP线圈的放置与外区、中区和内区相关。在外区中存在槽A-B-C，而在中区中存在槽A-B，并且仅槽A存在于内区中。如图所示，在外线圈下方的所有位置处，开放区域大于25%。开放区域被限定成为由与RF发生器耦合的线圈产生的能量通量以及相关联的匹配电路提供通道的区域。如图所示，槽C延伸超过能够看到来自外线圈的最高水平通量的区域。槽B保持通过内线圈下方的区域的大于25%的开放区域。槽A延伸超过能够看到来自内线圈的最高水平通量的区域。
[0062]图6示出了依照本发明的一个实施例的内腔室102的最顶部的剖视图。该图示示出了基于上述人字形模式109的法拉第屏蔽件108。法拉第屏蔽件108与介电窗106分隔开空间107。在一个实施例中，空间距离能够在大约0.3mm和大约1.5mm之间。优选地,空间距离为大约0.5mm。如本文所使用的，优选的距离代表正在处理300mm晶片的蚀刻腔室。 由于腔室能够从较小腔室变成较大腔室，所以在该应用中提供的距离和参数将根据所处理的衬底的尺寸和几何结构而变化。
[0063]图7示出了依照本发明的一个实施例的线圈108的底侧和槽A、B和C的更详细的视图。如图所示，槽A为在法拉第屏蔽件108中限定延伸经过法拉第屏蔽件108的内区、中区和外区的人字形凹槽的槽。槽B为在法拉第屏蔽件108中限定延伸经过外区和中区的人字形凹槽的槽。槽C为`在法拉第屏蔽件108中具有仅延伸经过外区的人字形凹槽的槽。在优选的实施例中，槽A、B和C的分布被构造为特定模式。在一个实施例中，该特定模式为紅 C, B, C、A, C, B, C、A, C, B, C、A, C, B____等。[0064]图8示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件槽的分布的俯视图。如图所示，法拉第屏蔽件被分成三个区。内区108a最靠近法拉第屏蔽件的中央孔。中区108b位于内区108a和外区108c之间。在一个实施例中，内区108a将包括25个槽。中区108b将包括50个槽，并且外区108c将包括100个槽。如上所述，槽优选地限定为以A’C’B, C, A1.C,B,C、A, C,B C、A,等模式交替的径向模式。
[0065]图9A示出了依照本发明的一个实施例的内线圈下方的影像电流的路径。如图所示，法拉第屏蔽件108将具有布置在法拉第屏蔽件上方的外线圈120和内线圈122。如上所述，内线圈和外线圈将布置在介电窗106的上方，以使线圈位于腔室102的外部并且法拉第屏蔽件108位于腔室102的内部，并且暴露于处理环境，诸如在蚀刻操作期间的主体等离子体。如图所示，内区将仅包括槽A，中区将包括槽A和B，并且外区将包括槽A、B和C。在图9A中示出了内线圈122和外线圈120相对于内区、外区和中区的近似定位。图9B示出了环绕槽B流动而不是流动通过槽B的电流的部分的示例，该电流通过槽A的接近、降低欧姆损耗以及提高来自内线圈的磁通穿透而被最小化。
[0066]因此，槽的间距提供了优于不与线圈放置相关的现有设计的优点。在一个实施例中，槽的较大间距使得影像电流更易于围绕槽端部流动，而不是通过槽，这正是最大化磁通传输所期望的。该结果将更多地加热屏蔽件且更少地加热等离子体。通过添加从屏蔽件的中央向外迅速发散的槽A，从B槽开始槽计数增加了，并且然后，在外区中开始C槽。以此方式，在传输磁通至等离子体的期望、减少屏蔽件上的热积聚以及保护介电窗106免于等离子体副产物破坏之间实现了平衡。
[0067]图1OA和IOB示出了腔室102的上衬垫118的三维视图。如图所示，上衬垫118 将具有锥形轮廓，并且当法拉第屏蔽件108组装到腔室102上时俯视等距视图将提供用于紧固法拉第屏蔽件108的架子。上衬垫118的仰视等距视图将与下衬垫110连接，如图1A 和图2中所不。
[0068]图1lA示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件108的俯视图。法拉第屏蔽件108的俯视图代表面向腔室102的窗106的一侧(当组装到腔室102中时)。图1lB 示出了面向卡盘104的法拉第屏蔽件108的一侧，如图1A中所示。面向卡盘104的一侧为在蚀刻操作期间将暴露于处理气体和等离子体的一侧。图1lA和图1lB清楚地示出了法拉第屏蔽件的三个区以及法拉第屏蔽件108的槽的径向构造。还示出了以人字形模式限定的槽，从而防止到达介电窗106的视线，以用于在蚀刻操作期间阻挡处理颗粒和副产物。
[0069]图1lC示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件108的一个实施例。该图示示出了其中形成有人字形凹槽的法拉第屏蔽件108。还示出了用于法拉第屏蔽件108的示例性尺寸，以使得在蚀刻操作期间能够针对处理颗粒阻挡到达介电窗106的视线。而且， 针对法拉第屏蔽件108示出的尺寸本质上为示例性的，并且尤其与在蚀刻操作期间处理的 300_晶片所需的尺寸相关联。如果晶片的尺寸减小或增大，则对于衬底的尺寸变化同样调节法拉第屏蔽件108和腔室102的尺度。图1lC示出了法拉第屏蔽件108’被布置成与介电窗106接近或完全接触的另一实施例。与图1lA的实施例相对比，法拉第屏蔽件108保持其与介电106之间的空间107中。空间107能够在大约0.3mm和大约1.5mm之间变化。 并且优选地设定为大约0.5mm。
[0070]在一个实施例中，法拉第屏蔽件由不锈钢制成。例如，法拉第屏蔽件由300系列不锈钢(即，下歹Ij SS 材料中的一种:301、301LN、304、304L、304LN、304H、305、312、316、316L、 316LN、316T1、317L、321、321H)制成。在一个实施例中，不锈钢制的法拉第屏蔽件由硝酸钝化以提高耐腐蚀性。法拉第屏蔽件能够由哈斯特洛合金(Hastally)制成。法拉第屏蔽件能够由钛制成。在该实施例中，钛制法拉第屏蔽件涂覆有TiN以获得更佳的耐腐蚀性能。 法拉第屏蔽件能够涂覆有以下材料中的一种:Y203，Ce02, TiN(独立于构造材料)。在另一实施例中，多个圆形凹槽被加工成法拉第屏蔽件的朝向等离子体的表面以增强表面区域的粘着性。在一个实施例中，凹槽的宽度在0.1mm和IOmm之间且深度在0.1mm和5mm之间。 凹槽之间的距离能够在0.1mm和IOmm之间(独立于构造材料)。多个径向凹槽能够被加工成法拉第屏蔽件的朝向等离子体的表面以增强表面区域的粘着性。凹槽的宽度能够在大约 0.1mm和IOmm之间且深度在0.1mm和5mm之间(独立于构造材料)。法拉第屏蔽表面Ra能够在5和300微英寸之间。在优选的实施例中,在表面上实现圆形加工布局模式。法拉第屏蔽表面Ra能够在16和300微英寸之间，是利用珠光处理获得的(独立于构造材料)。在可选的实施例中，法拉第屏蔽件与介电窗相接触，并且人字形周围的区域制有凹槽。凹槽能够在0.5-5mm深以及0.5-5mm宽。在一个实施例中，介电窗由石英或其它介电材料制成。
[0071]图12示出了基准离子密度分布图，用于在不安装法拉第屏蔽件时测试处理腔室内的等离子体密度的性能。在该实验中，基准等离子体密度分布是利用由本申请的受让人 Lam Research Corporation制造的处理腔室获得的。处理腔室为2300Versys Kiyo45,其未构造有法拉第屏蔽件108。测试条件包括在200sccm下流动的Ar,在大约50sccm下流动的SF6，9mT的腔室压强，以及在1.0下的变压器耦合电容调谐(TCCT)。调整TCCT使能经由 TCP线圈的内线圈和外线圈的独立偏置来实现横向等离子体密度分布的改变。例如，TCCT 的值越高，更多的功率被导向TCP线圈的中央段。典型的操作范围在0.1和大约1.5之间。 然而，为了经由TCCT设定传递良好的控制，介电窗保持基本上清洁而无蚀刻副产物是必要的。在图12和图13中示出了所收集的离子密度功率范围和TCCT离子密度分布。此外，执行测试，其中在大约50W的变压器耦合等离子体(TCP)功率下控制等离子体点燃。
[0072]图14和图15示出了依照本发明的一个实施例的处理腔室102内使用内部法拉第屏蔽108所得到的结果。如上所述，法拉第屏蔽件108将包括径向槽，径向槽具有在内区、 中区和外区之间的三区分布，并且区与RF线圈的放置相关，RF线圈被调谐以保持正确的功率分布和磁通以点燃并保持最优的离子密度分布。如图所示，TCP的点燃窗为大约500W的最小值，気在9mT的压强下处于大约300sccm的最小值。稳定的等离子体工作窗为:TCP被设定为大约400W的最小值,并且IS为大约200sccm/50sccm SF6,以及大约9mT的压强。该测试构造确认了，将法拉第屏蔽件108安装在处理腔室内不会显著地影响等离子体密度， 并且仍观察到TCCT的能力。在该实验中，示出了，当法拉第屏蔽件108安装在腔室内部时， 观察到不大于大约15%的等离子密度减小。因此，在腔室102内引入具有其三区径向分布的法拉第屏蔽件108仍允许精确控制腔室内的等离子体密度分布，同时有助于介电窗106 上等离子体副产物的减少。因此，保持介电窗106清洁而无副产物将提高腔室102的操作使用以及减少过多的清洁操作。
[0073]在一个实施例中，清洁操作可以包括晶片较少自动清洁(WAC)，其被构造为在晶片处理循环之间从腔室的内表面去除等离子体副产物。在另一实施例中，尽管较少的副产物沉积在法拉第屏蔽件108上，由于其几何构造和相对于RF TCP线圈和调谐电路的取向，当副产物最终聚积时，能够实现法拉第屏蔽件108的易于替换，使得蚀刻腔室102的停机时间极短。
[0074]图16和图17示出了依照本发明的一个实施例的法拉第屏蔽件108安装在腔室 102内的实施例以及当法拉第屏蔽件108不安装在腔室102内时之间的比较。在该示例中， 示出了当法拉第屏蔽件108不安装在腔室102中时仅略高的等离子体密度和较低的点燃窗是可能的。然而，法拉第屏蔽件不会造成显著的B场(磁场)衰减。当考虑到法拉第屏蔽件 108被放置在腔室102内与RF线圈相对(这提供了驱动腔室内的等离子体产生的磁通)时， 防止磁场衰减是重要的因素。结果，确认安装在处理腔室102内的具有限定的径向分布和带槽人字形结构的法拉第屏蔽件108仍能实现在径向分布上对离子密度分布的精确控制。 另外，法拉第屏蔽件108用于减少等离子体副产物朝介电窗106上的溅射和积聚。
[0075]如图18A-C所示，实验结果表明，当受到法拉第屏蔽件108保护时，介电窗106将防止蚀刻副产物的沉积，这会显著地影响腔室102中的蚀刻操作的工作参数和控制。如图所示，当蚀刻具有铝材料的衬底时，介电窗106的前窗图片将看起来与操作30分钟之后的介电窗106基本上相同。在法拉第屏蔽件108不安装在腔室102内的情况下，在操作30分钟之后，铝材料(来自蚀刻的副产物)将明显地沉积在介电窗106的表面上。当不安装法拉第屏蔽件108时，腔室102内的窗106的表面上的大量沉积物将要求大量的停机时间以进行清洁操作，同时在工艺关键调谐状态下失去了操作控制。
[0076]图19A和图19B示出了依照本发明的一个实施例的在图18A-C中描述的铝蚀刻期间执行的处理操作之后法拉第屏蔽件108的状况。由于槽的构造、TCP线圈的放置以及调谐电路124 (如图1A中所示)，图19A示出了朝向腔室的处理侧的表面接收到了较少的铝沉积物。图19B示出了基本上未积聚任何沉积材料的法拉第屏蔽件108的上表面，确认了防止被导向类似屏蔽件108的任何蚀刻副产物到达介电窗106。
[0077]因此，已经确认，法拉第屏蔽件108上的与人字形凹槽耦合的槽的几何构造基本上防止了副产物沉积而流动至安装在腔室102中的介电窗106，I。另外，TCP线圈(内和外) 相对于法拉第屏蔽件108中的槽的三个区的放置提供了由调谐电路124进行的控制，从而正确地驱动腔室内的期望的离子密度分布，同时防止蚀刻副产物过量沉积到法拉第屏蔽件 108的暴露表面上。
[0078]在一个实施例中，电路124的调谐电容器被配置为产生相关于且置于法拉第屏蔽件108上方的电流。因此，内外线圈的放置与法拉第屏蔽件的区相关，从而提供磁通到腔室 102中的等离子体的最优传递和可调谐性。在一个实施例中，外线圈120基本上放置在外区上方，外区包括槽A-C-B，并且还具有用于将磁通传递到等离子体的最开放的空间。内线圈 122基本上放置在中区上方，其中设有较少的槽A-B，但是比内区中多。在一个实施例中，内线圈122能够被限定为略微在内区A的上方。然而，在一种构造中，内线圈122基本上在法拉第屏蔽件的中区上方对准。
[0079]在又一实施例中，根据蚀刻操作的工艺参数，可以将调谐电容器调节至对法拉第屏蔽件108的内表面上形成较少沉积物发挥作用的比率。相信由于外线圈120置于法拉第屏蔽件的外区上方且内线圈122置于中区上方，可以实现接地的法拉第屏蔽件108周围的磁场将对法拉第屏蔽件108的暴露表面上形成较少沉积物发挥作用。
[0080]如图1A-19B中所示，法拉第屏蔽件能够以多种方式构造。法拉第屏蔽件被设置为示例，并且不应视为对本发明的限制。法拉第屏蔽件中的槽的数量、槽的形状以及槽的尺寸能够根据需要变化以适应不同的蚀刻工艺要求。
[0081]尽管已经根据多个实施例描述了本发明，应理解的是，本领域技术人员在阅读前面的说明书并研究附图之后将认识到实施例的各种改动、添加、置换和等同替代方案。因此，意图在于，本发明包括落在本发明的真正主旨和范围内的所有这样的改动、添加、置换和等同替代方案。`
【权利要求】
1.一种等离子体处理腔室，其包括:静电卡盘，其用于接纳衬底；介电窗，其与所述腔室的顶部连接，所述介电窗布置在所述静电卡盘的上方；法拉第屏蔽件，其布置在所述腔室的内部并且限定在所述静电卡盘和所述介电窗之间，所述法拉第屏蔽件包括，(a)具有内径范围的内区；(b)具有中径范围的中区；(C)具有外径范围的外区，所述内区与所述中区相邻，并且所述中区与所述外区相邻；(d)第一组径向槽(A)，其延伸贯通所述内区、所述中区和所述外区；(e)第二组径向槽(C)，其仅延伸贯通所述外区；以及(f)第三组径向槽(B)，其延伸贯通所述中区和外区；其中所述第一、第二和第三径向槽以槽A、C、B和C的重复模式围绕所述法拉第屏蔽件沿径向布置。
2.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中，变压器耦合等离子体(TCP)线圈布置在所述介电窗的上方，所述TCP线圈包括内线圈和外线圈，所述外线圈布置在所述介电窗的上方以使所述外线圈基本上位于所述法拉第屏蔽件的所述外区的上方并且所述内线圈基本上位于所述法拉第屏蔽件的所述中区的上方。
3.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中，所述内线圈和外线圈与调谐电路连接，所述调谐电路被配置为调节通过所述法拉第屏蔽件的所述外区和中区中的任一个或两个传递的磁通。
4.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中，所述法拉第屏蔽件电接地。`
5.如权利要求4所述的等离子体处理腔室，其中，所述槽A、B和C中的每一个均由人字形凹槽限定。
6.如权利要求5所述的等离子体处理腔室，其中，所述人字形凹槽不包含所述法拉第屏蔽件的各侧之间的视线。
7.一种安装在腔室内的法拉第屏蔽件，其包括:圆形板结构，其具有中央孔，所述圆形板结构包括，(a)具有内径范围的内区；(b)具有中径范围的中区；(C)具有外径范围的外区，所述内区与所述中区相邻，并且所述中区与所述外区相邻；(d)第一组径向槽(A)，其延伸贯通所述内区、所述中区和所述外区；(e)第二组径向槽(C)，其仅延伸贯通所述外区；以及(f)第三组径向槽(B)，其延伸贯通所述中区和外区，所述第一、第二和第三径向槽以槽A、C、B和C的重复模式围绕所述法拉第屏蔽件沿径向布置；(g)所述槽A、B和C中的每一个由人字形凹槽限定。
8.如权利要求7所述的法拉第屏蔽件，其中所述人字形凹槽不包含所述法拉第屏蔽件的各侧之间的视线。
9.如权利要求7所述的法拉第屏蔽件，其中所述圆形板结构由不锈钢、哈斯特洛合金或钛限定。
10.如权利要求7所述的法拉第屏蔽件，其中所述圆形板结构能够由Y203、Ce02或TiN 中的一种钝化或涂覆。
11.如权利要求7所述的`法拉第屏蔽件，其中所述人字形凹槽的宽度能够在0.1mm和 IOmm之间且深度在0.1mm和5mm之间。
【文档编号】C23F1/00GK103562437SQ201280020707
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年4月24日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】约翰·德鲁厄里, 龙茂林, 亚历克斯·帕特森 申请人:朗姆研究公司