专利名称：用于提高等离子体工艺中的处理均匀性的设备和方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于利用等离子体对工件进行处理的设备和方 法，尤其涉及用于提高等离子体处理系统中的等离子体处理均匀性的 设备和方法。
背景技术：
用于晶片级应用的均匀等离子体处理是半导体制造工业中所关心 的问题。困扰常规的蚀刻工艺和等离子体处理设备的一个问题是诸如 晶片的工件上的蚀刻速度的不均匀性。工件边缘效应是此蚀刻速度不 均匀性的通常原因。蚀刻速度的不均匀性能够通过被处理表面上的最 大和最小侧向蚀刻速度之差与整个工件上的平均蚀刻速度的二倍的比 值来确定。通常，最大蚀刻速度发生在工件的外周边缘附近，而最小 蚀刻速度出现在工件中心附近。
已尝试使用常规方法来提高工件的整个表面区域上的蚀刻速度的 均匀性。例如，可以采用磁电管来生成等离子体。然而，这种解决方 案通常会增加等离子体处理设备的成本。
希望有一种符合成本效益的解决方案，它解决在常规处理系统内 发生的工件边缘效应，且相反地影响工件的整个表面区域上的等离子 体处理的不均匀性，并且相反地影响对处理均匀性有负面影响的等离子体处理的其它失真。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于对工件进行等离子体处理的设 备。该设备包括由等离子体可去除材料组成的耗蚀性环。该耗蚀性环 适于绕工件的外周边缘布置，从而有效增大该工件的外径。
在另一个实施例中，提供了一种用于对工件进行等离子体处理的 设备。该设备包括构造为包含等离子体的真空封套。该真空封套包括 适于在利用等离子体对工件的第一表面进行处理时接触并支承该工件 的第二表面的支承基座。设备还包括由等离子体可去除材料组成的耗 蚀性环，该耗蚀性环绕支承在所述基座上的工件的外周边缘延伸，从 而有效增大该工件的外径。
在又一个实施例中，提供了一种用于对具有第一表面、第二表面 和连接该第一表面和第二表面的外周边缘的工件进行等离子体处理的 方法。该方法包括将由等离子体可去除材料组成的耗蚀性环绕所述工 件的外周边缘布置，以及将工件的第一表面和耗蚀性环暴露于等离子 体。该方法还包括将最大蚀刻速度从工件的第一表面上的位置移位到 耗蚀性环上的不同的位置。
并入本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例， 并且与以上给出的本发明的一般性描述和以下给出的详细描述一起用 于说明本发明实施例的原理。
图1是包括真空封套和布置在该真空封套内部的晶片提升机构的 等离子体处理系统的透视图。
图2是图1的等离子体处理系统的正视图。
图3是图1和图2的等离子体处理系统的封套和晶片提升机构的分解视图。
图3A是图1、图2和图3的等离子体处理系统的工件竖直提升机
构的另一个分解视图。
图4是大致沿着图2中的线4-4截取的剖视图，其中晶片提升机 构被置于升高的位置，并且真空封套的盖相对于真空封套的基部打开。
图5是与图4类似的剖视图，其中真空封套的盖与真空封套的基 部接触，并且晶片提升机构因此被置于降低的位置。
图6是图4的一部分的放大视图。
图7是图1至图6的晶片提升机构的一部分的分解视图。
图8A是描绘出处于升高情况下的晶片提升机构的透视图，其中为
了图示的清晰起见，仅示出了晶片提升机构的一部分。
图8B是与图8A类似的透视图，图中描绘出处于升高情况下的晶
片提升机构。
具体实施例方式
参考图1至图4，等离子体处理系统10 —般包括真空容器或封套 12，该真空容器或封套12具有盖14、该盖14安放在其上的基部16、 连接到盖14的一对支承臂18、 20、上电极22以及下电极24。处理系 统10还包括分离构件或分离环26，该分离构件或分离环26定位在上 电极和下电极22、 24之间并且绕上电极和下电极22、 24的外周接触 对向表面。电极22、 24的对向表面一般是平面的平行板，并且具有大 致相等的表面积。
支承臂18、 20将盖14与提升装置(未示出)以机械方式联接， 该提升装置能够将盖14相对于基部16在升高的位置(图1)和降低的 位置(图5)之间竖直提升和降低。当盖14和基部16处于接触关系时， 处理区域28被限定为如下空间沿竖直方向界定在电极22、 24的向 内水平表面之间并且沿侧向界定在由分离环26限定的侧壁的向内竖直 表面内侧。在升高的位置处，处理区域28可进入，以将未处理的工件 30插入和将已处理的工件30移走。在降低的位置(图5)处，在处理区域28中可建立适于对定位在处理区域28中的每个相继的工件30进 行等离子体处理的环境。当盖14被提升装置在升高的位置和降低的位 置之间相对于基部16移动时，上电极22与盖14一起移动。
电源32 (图2)控制电极22、 24的运行频率和功率电平，该电源 32通过屏蔽同轴电缆或传输线33、 34分别与电极22、 24联接。电源 32可以是在诸如50Hz禾n 60Hz的极低频率下、在诸如40 kHz和13.56 MHz的高射频下、在诸如1 kHz的中射频下或者在诸如2.4 GHz的微 波频率下运行的交流电源。电源32也可以在相互重叠的双频率下运行。 替代地，电源32可以是直流(DC)电源，其中等离子体是非振荡等离 子体。在其他替代实施例中，电源32可以供给提供稠密等离子体的射 频(RF)功率分量以及独立增加离子能量而不影响等离子体密度的直 流功率分量。
电源32可以在一种或多种射频下运行并包括阻抗匹配网络(未示 出)，该阻抗匹配网络测量从由电极22、 24和限定在所述电极之间的 等离子体表示的负载反射回电源32的反射功率。该阻抗匹配网络调整 电源32的运行频率以使反射功率最小。本领域普通技术人员理解这种 阻抗匹配网络的构造。例如，该阻抗匹配网络可以通过改变匹配网络 内的可变电容器的电容来调整该匹配网络，以在负载改变时使电源32 的阻抗与负载的阻抗相匹配。当然，功率电平、电压电平和运行频率 可以根据特定应用而变化。
当等离子体处理系统IO运行时，真空泵36将由等离子体工艺生 成的副产物和未反应的源气体从处理区域28通过真空歧管38连续泵 送。真空泵36可操作为使处理区域28内的总压力保持在低到足以便 于等离子体产生的亚大气压水平。适合于等离子体形成的典型压力范 围从大约二十(20)毫托至大于大约五十(50)托。处理区域28内的 压力根据所希望的特定等离子体工艺来控制，且主要包括由源气体贡 献的分压，所述源气体可以包括供给到已排空的处理区域28的一个或多个单独的气体种类。
继续参考图1至图4，密封构件40被压縮在分离环26和上电极
22之间。当盖14降低为与基部16接触时，如图5所示，另一个密封 构件42被压缩在分离环26与下电极24的外周之间。密封构件40、 42 被示出为常规的弹性O形环，但本发明不限于此。当盖14处于其降低 的位置时，导电构件43被捕获在金属的盖14和基部16的各个外周之 间。该导电构件43提供了盖14和基部16之间的良好电接触。
进气板44 (图4)紧固到上电极22的上水平表面。进气板44通 过气体口 46和输送管线48与气体供给源50联接。可以设置质量流量 控制器和流量测量装置(未示出)，它们协作调节每路工艺气体从气体 供给源50到气体口 46的流量。进气板44包括分配通道(未示出)， 且上电极22包括与进气板44的分配通道联接的通道(未示出)。上电 极22中的通道与处理区域28连通，用于将工艺气体注入处理室内。
等离子体处理系统10包括基于微处理器的控制器52 (图2)，该 控制器52被编程为尤其控制电源32、真空泵36、气体供给源50等部 件的运行。例如，该控制器调节电源32的功率电平、电压、电流和频 率，并使来自气体供给源50的源气体的供给与真空泵36的泵送速度 相协调，以根据特定的等离子体工艺和应用来限定处理区域28中的合 适压力。
在工件30的处理期间，由电源32在电极22、 24之间施加的功率 在处理区域28中产生电磁场，当盖14和基部16接触且在该处理区域 中具有适合于等离子体处理的环境时，所述电磁场限定在两个电极22、 24之间。该电磁场将存在于该处理区域内的源气体的原子或分子激发 成等离子体状态，通过在等离子体处理期间从电源32施加功率来维持 该等离子体状态。以公知方式与下电极24电联接的传输线34被引向下电极24。传 输线33以公知方式与电极22、 24之一或与二者电联接。冷却流体的 受迫流动被引导通过电极22、 24与封套12之间的气隙56，用于冷却 处理系统10，尤其用于冷却电极22、 24。为此目的，可以在盖14中 设置提供配合件54 (图2)，以限定用于将冷却剂供给源55 (图2)与 这些气隙56联接的冷却剂口 。
电极22、 24由诸如铝的导电材料形成。分离环26由不导电的介 电材料形成，且构造为能够耐受处理区域28内的等离子体环境而对被 处理的工件30无不适当的污染。 一般地，这意味着形成分离环26的 材料应大体上耐得住存在于处理区域28中的等离子体的蚀刻。分离环 26除了在电极22、 24之间提供真空密封之外还限定了由不导电材料形 成的侧壁。
等离子体的构成物质与工件30上的暴露材料接触并相互作用，以 执行希望的表面改性。等离子体构造为通过选择诸如源气体的化学成 分、处理区域28内的压力和施加到电极22、 24的功率量和/或频率来 执行对工件30的希望的表面改性。处理系统10可以包括结束点识别 系统(未示出)，该结束点识别系统自动识别等离子体工艺(例如，蚀 刻工艺)已达到预定的结束点，或替代地，可以基于对工艺处方的根 据经验确定的时间来对等离子体工艺进行定时。
参考图3、图3A、图4、图5和图6，其中同样的附图标记表示图 1和图2中的同样特征，等离子体处理系统IO还包括位于真空封套12 内的竖直提升机构58。该竖直提升机构58接收相对于下电极24处于 被提升情况下的每个工件30。工件固定器60能够随着盖14的开启和 关闭在升高的位置(当盖14开启时，如图4中最好地示出的)和降低的 位置(当盖14相对于基部16处于关闭位置时，如图5中最好地示出的) 之间自动移动且无需操作者介入。换句话说，当上电极22被盖14朝 着下电极24移动时，工件固定器60朝着降低的位置移动以密封处理
11区域28，而当上电极22被盖14从下电极24移开时，工件固定器60 朝着升高的位置移动。当盖14被置于与基部16接触的降低的位置以 将处理区域28与周围环境密封时，竖直提升机构58自动将工件30放 置到处理位置。
竖直提升机构58 —般包括工件固定器60、将工件固定器60与下 电极24以机械方式联接的一组弹性偏置的支承件62、从上电极22朝 着下电极24和工件固定器60突出的一组弹性偏置的推动装置64、提 升板66和工件环68。工件固定器60的位于上电极和下电极22、 24之 间的外周边缘或外周65被分离环26环绕。
如图3和图3A中最好地示出的，提升板66和工件环68例如通过 销-插座型接合而连结，其中提升板66或工件环68中的一个携载有一 组突出的销(未示出)，而提升板66或工件环68中的另一个携载有与 所述销对齐并配合的一组插座(未示出)。布置在下电极24上的覆盖 板70包括帽部72和位于该帽部72下方的支承件74。该帽部72也可 以与支承件74通过销-插座型接合而连结，或替代地，帽部72和支承 件74可以构成整体的单件式部件。当盖14降低时，覆盖板70与下电 极24具有良好的电接触，工件环68和提升板66也与下电极24具有 良好的电接触。结果，当等离子体处理系统10运行以在处理区域28 内生成等离子体并在处理区域28内侧利用等离子体处理工件30时， 工件固定器60、工件30和下电极24处于大致相等的电势。
凹部76位于下电极24的每个角部附近。每个凹部76都具有基部 78，该基部78表示下电极24的当在下电极24内形成或机加工出各个 凹部76之后所剩余的材料的相对薄的壁。带有内螺纹开口 82的安装 柱80从每个凹部76的基部78突出。每个安装柱80均可定位为与相 应一个凹部76基本上同轴。在形成支承件62的组装过程中，导向销 86的螺纹末端84与每个安装柱80的内螺纹开口 82配合。每个安装柱 80的内螺纹开口 82均定向为使得各个导向销86在朝着提升板66的方向上突出。
每个凹部76在外周上也通过延伸到基部78的大致柱形的侧壁88 以及布置在该侧壁88与下电极24的顶表面92之间的斜角边沿或扩口 边沿卯来界定。与顶表面92相交的扩口边沿90的直径大于每个凹部 76的侧壁88的直径，且在朝着顶表面的方向上以增加的直径扩大。
每个导向销86均包括大致柱形的无螺纹柄94，该柄94从螺纹末 端84朝着头部96延伸。头部96可以包括凹入的特征98，该凹入的特 征98接收用于在导向销86的螺纹末端84与内螺纹开口 82之间产生 匹配式接合的工具(未示出)的末端。每个导向销86的至少部分突出 到下电极24的附近顶表面92以上的头部96携载有位于无螺纹柄94 附近的扩口表面100。每个导向销86的无螺纹柄94和各个凹部76的 侧壁88具有大致同轴的布置。
每个支承件62均包括通过相应一个导向销86与工件固定器60的 提升板66联接的止动块102。每个止动块102均包括主体104，该主 体104具有放大的头部106和在主体104的长度上延伸的中心孔或通 路108。放大的头部106相对于主体104的径向向外的突出限定了绕主 体104沿周向延伸的边缘或唇缘110。每个止动块102的放大的头部 106还包括第一斜角或锥形外侧壁112和第二斜角或锥形外侧壁114， 该外侧壁112的直径随着距唇缘110的距离增大而减小，该外侧壁114 的直径随着距唇缘110的距离增大而增大。外侧壁114布置在唇缘110 和锥形外侧壁112之间。通路108包括大致柱形的表面U6和斜角或锥 形表面118,该斜角或锥形表面118使大致柱形表面116的一部分变窄。
扩口凹部120限定在提升板66的每个外周角部附近。每个止动块 102的锥形外侧壁112均与相应一个扩口凹部120接合。每个扩口凹部 120的深度选择为使得当提升板66与止动块102固定时，扩口凹部120 的各个倾斜表面122与每个止动块102的锥形外侧壁112接触。每个扩口凹部120与止动块102的相应的锥形外侧壁112的倾斜角度相匹 配，以帮助将止动块102与提升板66固定，同时仍允许提升板66通 过足够大小的竖直力而容易移动。
当安装到提升板66时，止动块102内的通路108的锥形表面118 一般位于下电极24中的凹部76之一与工件固定器60之间。在每个凹 部76中布置有弹簧元件124，该弹簧元件124可具有由螺旋线圈形成 的压縮弹簧的形式。每个弹簧元件124均被限制在各个凹部76内并被 捕获在基部78与各个止动块102上的唇缘110之间。
如图6中最好地示出的，当工件固定器60处于升高的位置时，弹 簧元件124展开。结果，工件固定器60的提升板66和工件环68以弹 性浮动的方式支承在支承件62顶上。在由提升板66和工件环68提供 的载荷下，多个弹簧元件124共同具有足以将提升板66悬起或升起到 下电极24的顶表面92以上的弹簧力。
锥形表面118接触导向销86的头部96上的扩口表面100，以在工 件固定器60处于升高的位置时提供对竖直运动的强制止动。扩口表面 100和斜角表面118的倾斜角度相匹配，使得当工件固定器60处于升 高的位置时每个止动块102都自定心在各个导向销86上。这允许工件 固定器60在居于升高的位置时返回到可复现的空间位置。这又在等离 子体处理系统10内为由工件固定器60携载的工件30提供了可复现的 位置。
如在下文中详细说明的，盖14朝着降低的位置(图5)的移动使 得工件固定器60朝着降低的位置移动，并因此使弹簧元件124压縮。 当工件固定器60降低时，每个导向销86的头部96在其各自的通路108 内朝着提升板66移动。
如图3和图3A中最好地示出的，工件固定器60包括完全延伸穿
14过提升板66和工件环68的中心开口 130，和从该中心开口 130径向延 伸到工件固定器60的外周65的间隙132。覆盖板70的尺寸定为其 宽度基本上等于间隙132的宽度。当工件固定器60降低到处理位置时， 覆盖板70填充间隙132，使得中心开口 130被由工件环68的顶表面 134和覆盖板70的顶表面136共同限定的大致平面的表面围绕。为促 进所要求的共面布置，将覆盖板70和固件固定器60的各自厚度选择 为大致相等，这允许在工件固定器60处于其降低的位置时使顶表面 134、 136大致齐平。中心开口 130在代表性实施例中为圆形。然而， 该中心开口 130可以具有其他形状，例如矩形。
间隙132限定在穿过工件环68的厚度延伸的对向侧壁133、 135 之间。将工件固定器60中的间隙132的宽度选择为使得末端执行器能 够通过间隙132并进入中心开口 130，用于将未处理的工件30传送到 工件固定器60以及从工件固定器60上移走已处理的工件30。如本领 域普通技术人员所公知的，末端执行器可操作地与机器人联接，例如 与选择性铰接/装配机器人臂(SCARA)型机器人联接。
下电极24还包括可移除电极部分138，该可移除电极部分138包 括安装凸缘140和基座部分142，该安装凸缘140位于限定在下电极 24中的凹部内。限定典型工件支承件的基座部分142从安装凸缘140 朝着上电极22延伸。电极部分138利用常规的紧固件固定到下电极24 的下方和周围的剩余部分。下电极24的顶表面92和安装凸缘140的 顶表面92大致齐平。升高到周围的安装凸缘140以上的基座部分142 的顶表面144的表面积大致等于中心开口 130径向内侧的开口截面积。 基座部分142的直径大致等于工件环68的中心开口 130的直径。电极 部分138与下电极24的剩余部分具有良好的电接触，使得在等离子体 处理系统10运行且在处理区域28内存在等离子体时，基座部分142 和支承件74处于与下电极24大致相同的电势。
覆盖板70包括电极部分138的另一个升高区域，该另一个升高区域突出到安装凸缘140的平面的上方。覆盖板70和基座部分142可以 包括从安装凸缘140突出的单个或一体的升高区域。替代地，覆盖板 70可以包括安装到电极部分138的分离部件，且在此情况下可以包括 定位销(未示出)等，用于使覆盖板70相对于工件固定器60中的中 心开口 130自动定位。
当工件固定器60降低到处理位置时，工件30与基座部分142的 顶表面144之间的接触将工件30从工件环68传送到基座部分142。工 件30的传送不使用基座部分142、下电极24或封套12的基部16上的 任何将工件30引导到基座部分142上的结构来完成。在工件固定器60 的降低的处理位置处，工件环68的顶表面134略微凹入到基座部分142 的顶表面144下方。在等离子体处理期间，工件30安放在基座部分142 的顶表面144上。
电极部分138和提升板66由诸如铝的电导体构成。覆盖板70上 的帽部72和工件环68由诸如氧化铝或高纯度氧化铝的电绝缘体或介 电材料构成。替代地，覆盖板70上的帽部72和工件环68也可以由诸 如铝的电导体构成。覆盖板70上的帽部72和工件环68的构成材料的 选择由用于对工件30执行特定的等离子体工艺的等离子体处理系统10
内所需的等离子体性能的类型来决定。
参考图3A和图4，推动装置64之一在空间上位于分离环26的每 个内侧角部15附近，且如图中显见，位于上电极22的每个相应的外 侧角部(未示出)附近。每个推动装置64均包括推块150，该推块150 通过插入件152和凸肩螺栓154与弹簧元件156之间的协作而与上电 极22固定。每个推块150均具有与相应一个止动块102大致叠置的关 系。可以具有由螺旋线圈形成的压縮弹簧形式的弹簧元件156的一端 被捕获在推块150的放大的头部158与上电极22之间。推块150由诸 如陶瓷的绝缘或介电材料构成，而插入件152和凸肩螺栓154可以由 诸如不锈钢的金属形成。凸肩螺栓154具有螺纹末端，该螺纹末端紧
16固在上电极22内的螺纹螺栓孔内。每个推动装置64的推块150均可 相对于凸肩螺栓154在第一位置(图4)和第二位置(图5)之间移动， 在该第一位置中，弹簧元件156展开，而在第二位置中，弹簧元件156 被压縮。在第一位置中，弹簧元件156向每个推块150提供预加载的 偏压。
当盖14朝着基部16移动时，每个推动装置64的推块150均接触 工件环68的顶表面134并且弹簧元件156开始压縮。当盖14接近基 部16时，弹簧元件156进一步压縮，这向工件环68施加了增大的力， 从而导致工件固定器60朝着基座部分142的顶表面144并朝着下电极 24移动。当工件固定器60处于完全降低的位置时，每个止动块102上 的锥形外侧壁114接触凹部76的扩口边沿90且每个推块150被移动 到其第二位置。
扩口边沿90和锥形外侧壁114的倾斜角度大致相等或匹配。当工 件固定器60处于降低的位置时，每个扩口边沿90均与相应一个外侧 壁114接触。这种接触使每个止动块102自动地自定心在各个凹部76 内。因此，在盖14每次降低时，当盖14将工件固定器60移动到降低 的位置时，工件固定器60返回到相对于下电极24和可移除电极部分 138的可复现的空间位置。这又在每个连续的等离子体处理期间为基座 部分142上的相继的工件30提供可复现的位置。
参考图3、图3A、图7、图8A和图8B，其中同样的附图标记表 示同样的特征，并且根据本发明的一实施例，等离子体处理系统10还 包括以附图标记160 —般性表示的耗蚀性环。当工件30的底表面29 被支承在基座部分142的顶表面144上时，耗蚀性环160以与工件30 同心的关系绕外周边缘31沿周向延伸，该外周边缘31环绕工件30的 外周。
耗蚀性环160包括主体161，该主体161由安装到工件环68的提升板66的弯曲肩部164的第一部分168和安装到覆盖板70的支承件 74的肩部166的第二部分170组成。第一部分168包括其弧长比第二 部分170具有的弧更大的弧。限定在工件环68的提升板66内的弯曲 肩部164同轴地环绕中心开口 130并在与位于间隙132侧面的侧壁133、 135相交处终止。在中心开口 130上敞开的弯曲肩部164相对于工件环 68的顶表面92凹入。当工件固定器60处于降低的位置时，限定在覆 盖板70的支承件74内的弯曲肩部166与所述肩部164并置，以在几 何上封闭一完整的圆形物。也在中心开口 130上敞开的肩部166相对 于覆盖板70的顶表面136凹入。耗蚀性环160的部分168、 170可以 分别通过使用销172、 174的销-插座型接合来与提升板66和支承件74 固定。
耗蚀性环160的第一部分168包括脊部176和布置在该脊部176 的径向内侧的肩部或边沿178。第一部分168的脊部176在边沿178上 方突出，使得工件30的连接其顶表面27和底表面29的外周边缘31 位于边沿178上面且布置在脊部176的径向内侧。类似地，耗蚀性环 160的第二部分170包括脊部180和布置在该脊部180的径向内侧的肩 部或边沿182。第二部分170的脊部180在边沿182上方突出，使得工 件30的外周边缘31位于边沿182上面且布置在脊部182的径向内侧。 所述部分168、 170每个均可以由多个材料段(即，具有较大曲率半径 的内边缘的窄段和具有较小曲率半径的内边缘的宽段)形成，或替代 地，可以由单一的整件材料机加工或模制而成。
将边沿178的径向尺寸或宽度选择为使得仅底表面29上的绕工件 30的外周边缘31延伸的窄的环形表面区域与边沿178接触。在一个实 施例中，接触宽度可以是从工件30的外周边缘31径向向内延伸大致 等于3毫米的环面。提升板66内的中心开口 130的直径大致等于工件 30的直径，小于边沿178、 182的径向尺寸。
如图8B中最好地示出的，当工件固定器60处于降低的处理位置时，脊部176、 180以及边沿178、 182以大体上连续的角度几何形状 相互对齐。在图8A和图8B中示出了所述部分168、 170之间的关系， 在图8A中，工件固定器60处于其升高的情况，而在图8B中，工件固 定器60处于其降低的情况，并且盖14关闭并准备处理工件30。当工 件固定器60降低时，脊部176、 180的对齐限定了大体上连续的材料 环，其径向尺寸将工件30的外周边缘的位置朝着耗蚀性环160的外径 有效地径向向外移位。脊部176、 180的顶表面与工件30的相邻顶表 面大体上共面。当工件固定器60处于其降低的位置时，耗蚀性环160 与工件30具有非接触的关系。
在一个实施例中可以为约IO毫米宽的耗蚀性环160由消耗性材料 形成，该消耗性材料在暴露于等离子体时被蚀刻。该消耗性材料可以 由在组分上与接受等离子体蚀刻的工件30的材料类似的有机聚合物或 另一种材料(即，硅)组成。合适的有机材料可以包括但不限于聚 醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺和聚酰胺或尼龙。耗蚀性环160可以由这 些类型的材料通过本领域普通技术人员所熟知的技术来制造。
例如，如果等离子体处理系统10的等离子体用于从工件30上剥 离光阻剂层，则有机聚合物可能是尤其适合于组成耗蚀性环160的材 料。在此情形中，构成耗蚀性环160的材料与通过等离子体蚀刻从工 件上移除的材料的组分类似。当被等离子体蚀刻侵蚀时，耗蚀性环160 的材料可以形成蚀刻副产物，所述副产物是相对挥发性的且因此易于 通过真空泵36从处理区域28排出。因此，真空封套12的侧壁13和 真空封套12内的部件(包括工件30本身)上的来自对耗蚀性环160的蚀 刻的污染物或残余物可忽略。
将脊部176、 180的径向尺寸选择为使得工件30的外周边缘的有 效位置的移位最佳。换句话说，工件30给出对于等离子体来说较大的 有效直径，使得由工件边缘效应引起的相对高的蚀刻速度的固有区将 耗蚀性环160蚀刻，而非将工件30在其外周边沿处蚀刻。由于此较高的蚀刻速度被径向向外移位并移离工件30,所以提高了整个工件30上
的等离子体处理的均匀性。当系统10用于生成等离子体并处理工件30 的顶表面27时，脊部176、 180暴露于处理区域28内的等离子体。一 般地，耗蚀性环160具有环形的几何形状，其特征在于内径ID，该内 径ID大体上等于工件30的外周边缘31的外径。耗蚀性环160的内径 ID和外径之差限定了其有效径向尺寸。
耗蚀性环160能够用于将等离子体处理中固有的边缘效应从工件 30的外周边缘31移位到耗蚀性环160的外周162。通过此机制，虽然 不希望受理论所限，但相信耗蚀性环160会起作用，以通过在等离子 体工艺期间耗蚀性掉其自身的处理均匀性来减轻或减缓在外周处的工 件边缘效应，因为优选的边缘效应主要在耗蚀性环160的消耗性材料 上增加蚀刻速度。因此，蚀刻速度在整个工件30上更均匀，因为在工 件30的中心区域和外周边缘区域之间存在更小的蚀刻速度变化。
耗蚀性环160的用于维持有效地移位工件30的外周边缘位置的有 效性的持续时长可以视其组成材料和等离子体工艺的细节而定。耗蚀 性环160可以在需要时被替换，因为耗蚀性环160是消耗性部件。
耗蚀性环160代表了用于在晶片级应用中提高等离子体处理的整 个晶片上的均匀性的简单而有效的技术，所述等离子体处理例如为等 离子体蚀刻、光阻剂剥离或清渣、表面清洁、表面活化和薄膜沉积。 耗蚀性环160能够在不显著增加等离子体处理系统10的成本的情况下 实施。此外，耗蚀性环160能够用于提高等离子体处理在整个工件上 的均匀性，而不要求费时或昂贵的蚀刻工艺或蚀刻设备。等离子体处 理系统能够以简单而廉价的方式更新，利用耗蚀性环160来解决由于 边缘效应弓i起的蚀刻均匀性问题。
在本文中对于例如"竖直"、"水平"等术语的使用通过例子的方 式而非限制的方式进行，以建立三维参考系。如在此所用的术语"水平"被定义为与包含电极22、 24的对向表面之一的平面大体上平行的
平面，而与方位无关。术语"竖直"指的是垂直于刚才所定义的"水 平"的方向。例如"上"、"下"、"以上"、"上方"、"下方"、"侧"(如 "侧壁"中的"顶r)、"较高"、"较低"、"上面"、"下面"和"以下" 的术语均相对于水平面定义。应当理解，在不偏离本发明的精神和范 围的情况下，可以采用各种其他参考系，因为本领域普通技术人员将 认识到所定义的参考系是相对参考系而非绝对参考系。
虽然已通过对各个实施例的描述示出了本发明，虽然已相当详细 地描述了这些实施例，但申请人并不意图将所附权利要求的范围约束 或以任何方式限制为这样的细节。对于本领域普通技术人员来说，易 于发现其它优点和修改。因此，本发明在其更宽泛的方面不限于所示 出和描述的特定细节、代表性设备和方法和说明性例子。因此，在不 偏离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可对这样的细节 进行变更。本发明自身的范围应仅由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于在对工件进行等离子体处理中使用的设备，所述工件具有外周边缘，所述设备包括由等离子体可去除材料构成的耗蚀性体，所述耗蚀性体适于绕所述工件的所述外周边缘布置，使得有效增大所述工件的外径。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述耗蚀性体包括多个部分， 所述多个部分布置为当以并置关系放置时具有环形几何形状，所述多 个部分构造为与所述工件同心布置。
3. 根据权利要求l所述的设备，其中所述耗蚀性体由有机聚合物 构成。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中所述有机聚合物是聚醚醚酮 (PEEK)、聚酰亚胺或聚酰胺。
5. 根据权利要求l所述的设备，其中所述耗蚀性体由在组分上与 构成所述工件的暴露于等离子体的一部分的材料相类似的材料构成。
6. 根据权利要求l所述的设备，其中所述耗蚀性体具有环形几何 形状，且具有与所述工件的外周边缘的外径大致相等的内径。
7. —种用于对工件进行等离子体处理的设备，该工件具有外周边 缘、第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面通过所述外周边 缘相连，所述设备包括构造为包含等离子体的真空封套，所述真空封套包括支承基座， 该支承基座适于当所述工件的所述第一表面暴露于等离子体时接触并 支承所述工件的所述第二表面；以及由等离子体可去除材料构成的耗蚀性体，所述耗蚀性体绕支承在所述基座上的所述工件的外周边缘延伸，使得有效增大所述工件的外 径。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述耗蚀性体包括多个部分， 所述多个部分布置为当以并置关系放置时具有环形几何形状，所述多 个部分构造为与所述工件同心布置。
9. 根据权利要求8所述的设备，还包括设在所述真空封套内的晶片提升机构，所述晶片提升机构包括能 在第--位置和第二位置之间移动的晶片固定器，在所述第一位置中， 所述晶片固定器以与所述支承基座不接触的关系保持所述工件，在所 述第二位置中，所述晶片固定器以与所述支承基座相接触的关系放置 所述工件的所述第二表面，并且所述耗蚀性体的所述第一部分由所述 晶片固定器携载。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述第二部分邻近所述支 承基座安装，并且，当所述晶片固定器在所述第一位置和所述第二位 置之间移动时，所述第二部分静止。
11. 根据权利要求7所述的设备，其中所述耗蚀性体由有机聚合物构成。
12. 根据权利要求11所述的设备，其中所述有机聚合物是聚醚醚 酮(PEEK)、聚酰亚胺或聚酰胺。
13. 根据权利要求7所述的设备，其中所述耗蚀性体由在组分上 与构成所述工件的暴露于等离子体的一部分的材料相类似的材料构 成。
14. 根据权利要求7所述的设备，其中所述耗蚀性体具有环形几何形状，且具有与所述工件的外周边缘的外径大致相等的内径。
15. —种用于对工件进行等离子体蚀刻的方法，该工件具有第一 表面、第二表面和连接所述第一表面和第二表面的外周边缘，所述方 法包括将由等离子体可去除材料构成的耗蚀性体绕所述工件的外周边缘布置；将所述工件的所述第一表面和所述耗蚀性体暴露于等离子体；以及使最大蚀刻速度从所述工件的所述第一表面上的位置移位到所述 耗蚀性体上的不同的位置。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括在蚀刻处理期间，将所述工件的所述第一表面支承在位于真空封 套内的支承基座上，所述真空封套封闭等离子体。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中将所述耗蚀性体分为多个 部分，所述多个部分在对齐时限定环形几何形状，且所述方法还包括将所述工件临时支承在设于所述真空封套内的晶片提升机构上；移动所述晶片提升机构，以将所述工件从所述晶片提升机构传送到所述支承基座；以及当传送所述工件时，将所述耗蚀性体的所述部分中的至少一个部 分与所述耗蚀性体的所述部分中的至少另一个部分对齐，以限定基本 连续的环形几何形状。
18. 根据权利要求17所述的方法，还包括在蚀刻所述工件的所述第一表面的同时，将所述工件支承在所述支承基座上。
19. 根据权利要求15所述的方法，还包括.-利用暴露于等离子体来侵蚀所述耗蚀性体的材料；以及 在出现对所述耗蚀性体的充分侵蚀之后，将所述耗蚀性体用另一 个耗蚀性体替换。
全文摘要
用于提高等离子体工艺中的处理均匀性的设备和方法。在等离子体处理期间绕工件(30)的外周边缘(31)延伸的耗蚀性体(104)由等离子体可去除材料组成。该耗蚀性体(104)可以包括被布置为限定圆形几何形状的多个部分(168、170)。耗蚀性体(104)起作用以增大工件(30)的有效外径，它通过有效降低工件(30)的外周边缘(31)附近的蚀刻速度来减轻等离子体处理所固有的有害的边缘效应。
文档编号C23C16/458GK101681785SQ200880018444
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年6月1日
发明者詹姆士·D·格蒂, 赵建钢 申请人:诺信公司