可配置的斜面刻蚀机的制作方法

专利名称：可配置的斜面刻蚀机的制作方法
可配置的斜面刻蚀枳i
背景技术：
集成电路是由晶片或基板形成的，在晶片或基板上形成
有图案化的樣么电子层。在基才反处理过程中，经常4吏用等离子体刻蚀 沉积在该基板上的薄膜的预定部分。通常，刻蚀等离子体密度在基 板的边缘附近比较低，这可能导致多晶硅层、氮化物层、金属层等
等(共同被称为副产品层)在该基板的斜面边缘(bevel edge )的上 下表面上的累积。作为几个不同的刻蚀处理的结果，随着连续的副 产品层被沉积到该基板的斜面边缘的上下表面上，该副产品层和该 基才反之间的粘合会最终减弱而且在基^反转移过程中该副产品层可 能脱离(peel)或剥落(flake off),经常会落到其它基板上并因此 污染其它的基板。

发明内容
相应于本发明的 一个优选实施方式，^是供一种斜面刻蚀 机，其中对半导体基板的斜面边缘进行等离子体清洁。该斜面刻蚀 才几包含具有圆柱形顶部的下支架，支撑于该下支架的该顶部上的下 等离子体隔断区域(PEZ)环，该下PEZ环具有支撑该基一反的上表 面，以便该基板的该斜面边缘延伸出该上表面的外缘，上电介质元 4牛，配置于该下支架上方并具有面向该下支架的该顶部的圆一主形底 部，围绕该电介质元件的底部并面向该下PEZ环的上PEZ环，该下 和上PEZ环之间的环形空间限制要用等离子体清洁的斜面边纟彖的范 围，以及至少一个射频(RF)电源，适于在清洁才乘作过程中将工艺 气体激励为等离子体，其中该下和上PEZ环适于在该清洁操作过程中分别保护该下支架和该上电介质元件免受该等离子体损害。相应于另一个实施方式，提供一种斜面刻蚀机的可配置 部件，该可配置部件是斜面刻蚀才几的易碑毛性和/或可更换部件，在该 斜面刻蚀机中对半导体基板的斜面边缘进行等离子体清洁，该斜面 刻蚀机包括在斜面清洁操作中支撑晶片的下电极组件、包括面向该 下支架并连接于上支架的电介质板的上电极组件，该上支架可纵向 移动以将该电介质板定位到与该基板的该上表面在4艮小的距离上， 该上电极组件包括至少 一个气体通道，在该斜面清洁才乘作过程中气 体可以通过该气体通道流到该斜面边纟彖附近，该电介质板具有至少
一个气体通道，在该杀+面清洁操:作过禾呈中气体可以通过该气体通道
在基板表面上方流动，该可配置部件包含下述至少一个(l)下等 离子体隔断区域(PEZ)环，该下PEZ环是由导电、半导体或电介 质材料制成的，适于在该清洁操作中保护该下支架免受等离子体损 害，(2)上PEZ环，该上PEZ环是由导电、半导体或电介质材料支 撑的，适于在该清洁操作中保护该上电介质板免受该等离子体损 害，(3)围绕该上PEZ环的上环电4及，(4)围绕该下PEZ环的下环 电极，(5)围绕该上电极环的上电介质环，和/或(6)围绕该下电 才及的下电介质环。


图1显示了面刻蚀室的4黄截面示意图。图2显示了依照 一 个实施方式的存牛面刻蚀才几(bevel etcher)的4黄截面示意图。图3显示了图2中的区域A的放大的示意图。
图4A-4B显示了图2中的可配置等离子体隔断区域(PEZ )
的牙黄截面示意图。图5A显示了依照另 一 个实施方式的斜面刻蚀机的横截
面示意图。图5B显示了图5A中的区域B的放大的示意图。图6显示了依照又一个实施方式的杀牛面刻蚀才几的一黄截面
示意图。图7显示了依照一个进一步的实施方式的斜面刻蚀机的
才黄截面示意图。图8显示了依照另 一个进一步的实施方式的斜面刻蚀枳』
的才黄截面示意图。图9显示了依照再一个进一步的实施方式的杀+面刻蚀枳』
的才黄截面示意图。图10显示了依照一个更进一步的实施方式的在牛面刻蚀才几 的横截面示意图。
具体实施例方式图l显示了用于刻蚀基才反110的杀牛面边乡彖的杀牛面刻蚀室 IOO的横截面示意图。如图所示，该室100包括耦合于RF电源的负电 才及102;用于支撑基々反110的台116;围绕该台116的绝缚_材津+114;顶 部和底部环形电才及104、 106;和顶部绝纟彖体108。反应气体^皮吹过 该一个或多个气体出口120并被激励为等离子体，以清洁形成在该 基板IIO的斜面边缘上的副产品层112。该刻蚀室IOO在控制待清洁区
10域时可能遇到一些困难。例如，为了改变底部边缘隔断122的尺寸， 可能必需改变该绝纟彖材料114的厚度，而且因此可能需要改变该底 部环形电#及106的形状和/或位置。在一些情况下，可能需要改变整 个台116的直径，这可能导致耗材成本(CoC)的增加。另一个缺点 是该室100没有用于准确控制顶部边纟彖隔断124的4几构。为了改变该 顶部边纟彖隔断124的范围，可能必须改变该绝纟彖体108的外^圣以及该 气体出口 120和顶部环形电才及104的位置。如此，在这种刻蚀室中准 确控制边缘隔断的范围是非常昂贵的。现在参考图2，显示了依照一个实施方式的用于清洁基板 218的斜面边缘的基板刻蚀系统或斜面刻蚀机200的横截面示意图。 该斜面刻蚀机200—般来说，但不限于，是轴对称形的，而且为了 简便，在图2中仅仅显示了该横截面视图的一半。如图所示，该斜 面刻々虫;机200包4舌具有门(door )或门(gate ) 242的室壁202,基 +反218通过该门装载/卸载；上电才及组件204;支架208，该上电4及组 件204悬桂于其上；以及下电极组件206。该支架208上下移动该上 电极组件204 (在该双箭头方向上)以装载/卸载基板218。精密驱动 机构(图2未示)连接于该支架208，以〗更该上电极组件204和该基 板218之间的空隙可以被准确控制。金属波紋管250被用于在该室壁202和支架208之间形成 真空密封，同时允许该支架208相对于该壁202垂直运动。该支架208 具有中央气体进口 (通道)212和边*彖气体进口 (通道)220。该气 体进口212、 220提供工艺气体，以被激励为等离子体以清洁该斜面 边缘。在4乘作过程中，在该基板218的该斜面边缘形成等离子体， 且该等离子体一般来说具有环形形状。为了防止该等离子体到达该 基板218的中央部分，该上电极上的绝缘体板226和该基板之间的空 间很小，且该工艺气体是从该中央入口输入的，优选地，要穿过阶 梯形的孔214。然后，该气体在该基才反的径向上穿过该上电一及组件204和该基板218之间的空隙。每个气体进口被用于提供相同的工艺 气体或其它的气体，比如缓冲气体和/或冲洗气体(purge gas)。例 如，该1￡沖气体可以是通过该中央气体进口212注入的，而该工艺 气体可以是通过该边缘气体进口 220注入的。该等离子体/工艺气体 一皮A/v该室内空间251通过多个孔(出口 ) 2414非出到该底部空间240。 在斜面清洁操作过程中，该室内气压通常在500毫托到2托范围内， 例如，在清洁4喿作过程中可以4吏用真空泵243来排空该底部空间 240。该上电极组件204包括上电介质板或上电介质元件216; 和4皮合适的固定才几构固定于该支架208并通过该支架2084妄地的上 金属元件210。该上金属元件210是由比如铝等金属形成的，并且可 以是阳极化的。该上金属元件210具有一个或多个边缘气体通路或 透孔222a、 222b和边缘气体增压室(plenum) 224,其中该边缘气 体通^各222耦合于该边^彖气体进口 220,以在才喿作过程中流体连通。 该上电介质板216被固定于该上金属部件210,并且是由电介质材料 形成的，该电介质材料优选地，而不限于，是陶瓷的。如果需要， 该上电介质板216可具有丫203涂覆。通常，难以在一些陶瓷材料，
比如八1203，上钻出深的直孔，因此可以使用阶梯形的孔代替深的直 孔。尽管该上电介质纟反216显示具有单一的中央3L，该上电介质玲反
216也可以有任何合适数量的出口 ，例如，如果需要的话该出口可 以、净皮4非歹'j为喷淋头孑L ( showerhead hole )才莫式。该下电^l组件206包括具有上部226a和下部226b的加电 电才及226，且其可4喿作以起到真空卡盘的作用，以在才喿作过程中将 该基板218固定在适当的位置；用以上下移动该基板218的升降针 (lift pins) 230;针纟喿作单元232;具有上部238a和下部Z38b的底部 电介质环238。在下文中，该术语加电电极指的是该上部和下部 226a、 226b中的一个或两个。同样地，该术语底部电介质环238指
12的是该上部和下部238a、 238b中的一个或两个。该力。电电才及226寿禺 合于射频(RF)电源270,以在操作过程中接收RF能量。该升降针230在圆柱形孑L或路径231中纵向移动，并且被 位于该加电电极226中的该针操作单元在上下位置之间移动。该针 操作单元包括围绕每个升降针的外壳，以在该针周围保持真空密封 环境。该针操作单元232包括任何合适的升降针机构，比如机械手 233 (例如，水平臂，其具有延伸入各外壳中且连接各针的段)和 臂致动装置(图2中未示)。为了简洁，图2仅仅显示了该机械手的 一段的末端部分。尽管可以使用三个或四个升降针来升高比如30毫 米晶片等晶片，在该斜面刻蚀机200中可以使用任何合适数量的针 230。而且，任4可合适的才几构，比如升降波紋管(lifter bellows )，也 可以 一皮用作该4"H喿作单元232 。依照一个优选实施方式，该针升降杆(pin lifter)是多位 置(multi-position )针升降杆，其可以将该升降针230移动到各种位 置。例如，该升降针230可以通过该升降针操作单元232被纵向移动 到下述四个^f立置(l)在第一卩立置，该4十23(H皮移动以—夺其上端定 位到该下电极226a的上表面下方，(2)在第二位置，该针230被移 动以^!寻其上端定4立到与夹具的下表面4妄触，且该夹具的下表面与该 环260支撑的晶片在一个平面上，且此位置由位置传感器233a监视， 该传感器233a会发送信号到控制器以将该位置记录为"零"位置，
(3)在该第三位置，该针230^皮移动以将其上端定位到与该电介质 板216接触，且此位置由该位置传感器233a监视，该传感器233a将 信号输出至该控制器以确定空隙和平面度信息而无需打开该室，以 及(4)在该第四位置，该针23(H皮移动至其最高位置，以4吏得待清 洁晶片可一皮传送入该室或清洁过的晶片可乂人该室传送出去。为了最小化生产成本，优选地，该升降针由气釭或马达 等通用才是升装置移动。在这种情况下，当针与该上电极组件上的该
13电介质板接触时，可以决定该间隙距离。为了进行平面度测量，每
个针相对于共同的升降轭(lifting yoke)可以^皮4是供有一些柔性 (compliance),例如，每个针可以装有弹簧，以允许各针相对于其 它针运动，且与各针相关的单独的传感器可以输出相应于单独的针 的位置的信息。通过移动各针与该电介质板接触，如果该电介质板 不与该基板支承表面平行，由该升降针传感器测量到的各针相对于 其它针的竖直偏移可以被用于确定该上电极组件的平面度的程度。 优选地，各升降针上的弹簧载荷足以支撑晶片的重量，也就是说， 支撑该升降针的该弹簧不会在晶片的重量下被压缩以便在晶片传 送过程中该升降针相对于彼此在同样的高度上。备选地，该针可以 有独立的-驱动。该基板218被安装在下可配置等离子体隔断区域(PEZ ) 环260上，其中该术语PEZ指的是从该基板的中心到用以清洁该斜面 边缘的等离子体被排除的区域的外部边缘的径向距离。该加电电极 226的上表面、该基纟反218的下表面和该下可配置PEZ环260的内周了 形成真空区域凹口 (recess)(真空区域)219,该真空区域凹口219 与真空源，比如真空泵236流体连通。该升降针230的该圆柱形孔或 路径还共享为气体通路，在操作过程中该真空泵236通过该气体通 路抽空该真空区域219。该加电电极226包括增压室234以减少该真 空区域219中的瞬间气压突变，并且，在使用多个升降针的情况下， 向该圆柱形孔4是供均匀的吸收速率。该基板218的上表面上是由一系列处理形成的集成电路。 该处理中的一个或多个是通过使用等离子体进行的，该等离子体可 将热能转移至该基板、在该基板上衍生热应力并由此导致晶片弯 曲。在杀牛面清洁纟喿作过程中，该基^反弯曲可以通过1"吏用该基^反218 的上下表面间的压强差来减少。在才喿作过程中，耦合于该增压室234 的真空泵236将该真空区域219内的压强4呆持在真空。通过调整该上电介质才反216和该基冲反218的上表面之间的空隙，可以改变该空隙中
的气压而不必改变工艺气体的总的流速。因此，通过控制该空隙中
的气压，可以改变该基板218的上下表面之间的压强差并由此控制 施加在基;f反218上的弯曲力。该底部电介质环238是由电介质材料(比如包括八1203的 陶瓷)形成的，并且将该接电电极226与该室壁202电性隔离。优选 地，该底部电介质环的下部238b具有形成于其上表面的内周的阶梯 252,以与该4妄电电才及226的下边纟彖上的凹口相匹配。^尤选i也，该下 部238b具有形成于其外周的阶梯250，以与该底部电介质环(称为 聚焦环)的上部238a的阶梯形表面相匹配。该阶斗弟250、 252^吏得该 底部电介质环238与该接电电极226对齐。该阶梯250还沿其表面形 成曲折的空隙，以避免该接电电极226和该室壁202之间的视线相 通，并由此减少在该接电电极226和该室壁202之间出现次级等离子 体激发的可能性。图3显示了图2中的区i或A的》文大的示意图。^口图所示， 该上电核j且4牛204包4舌三个同心的》欠置的环上可配置PEZ环302; 上电才及环308;和外部上电介质环310。该上可S己置PEZ环302和该上 电极环308之间的该空隙304形成连接于该边缘气体通^各224b的曲 折的气体通路。该曲折的空隙304阻止该边缘气体通路224b直接暴 露于等离子体中，并由此阻止在该边缘气体通路224b中的次级等离 子体或等离子体闪光(light-up)的形成。这种次级等离子体可以腐 蚀该边》彖气体通^各224b的内壁并导致需要频繁的更换该上金属部 件210并将腐蚀掉的材料引至该基4反218。该上可配置PEZ环302具有两个分别形成于其内部和外 部的下边缘的台阶或凹口 ，其中在该内部的下边缘的阶梯啮合该上 电介质板216的法兰(flange) 330以将该环302夹紧到金属元件210。 该上可配置PEZ环302可以有各种结构，以提供不同的顶部等离子体
15隔断区域(顶部PEZ )。图4 A显示了图3中所示的上可配置PEZ环302 的放大的横截面示意图，其中该距离D!被称为顶部边缘隔断区域， 并随着该环302的下部302a的宽度的改变而改变。该PEZ环302的结 构因此决定了该顶部PEZ 402，该顶部PEZ 402等于该基才反218的半 径减去该^巨离D^由于等离子体4憂蚀，该上可配置PEZ环302还必须 比该上电极组件204的其它部件更频繁地更换，并被认为是易耗元 件。通常，工艺气体可包括含氧气体，比如02。还添加少量的(比 如<10%)含氟气体，比如CF4、 SF6或C2F6，以清洁该斜面边缘。包 含这些活性气体的等离子体可腐蚀该上PEZ环302 ，并由此迫使要周 期性地更换该上可配置PEZ环302。为了在更换过程中便于取得该上 可配置PEZ环302,该上可配置PEZ环302是被该上电介质4反216固定 在适当位置的，并且可以被更换而不必将该上电才及组件204从该室 壁202移除。例如，移除该一反2164吏得环302可以净皮具有相同或不同 结构的不同的环更换。该上可配置PEZ环302阻止了等离子体直4妻腐蚀该上电 介质一反216。该上可配置PEZ环302是由导电、半导体或电介质材泮牛 形成的，比如全部由氧化铝(A1203 )、氮化铝(A1N)、氧化硅(Si02)、 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、硅(Si)、氧化钇(Y203 )或其它 的材料制成的环，或者该支撑环124可以是由金属、涂覆了导电或 电介质材料比如硅、SiC或Y203的陶瓷或聚合物、陶瓷(优选为 A1203 )或纯的材料，比如CVD SiC (适度掺杂以才是供高电阻率)制 成的复合环，以减少才喿作过程中对该基板218的污染。为了减少库C 材成本(CoC)，优选地，该上可配置PEZ环302具有小而简单的横 截面。通常，难以在一些陶瓷上钻出并^走塞(tap)螺紋孔。由于用 于将环302固定在适当的位置的压紧装置，该上可配置PEZ环^2不 需要螺紋孔以固定于该上电介质板216或金属元件210,从而在选择 材料时提供了灵活性。该上可配置PEZ环3(^可以是由具有高电阻率 (优选，但不限于，~ 105ohm-cm)的材料形成的。因为该接电电
16极226和该上电极环308之间的电性耦合是受该上可配置PEZ环302
的电性能影响的，所以该斜面边缘附近的等离子体特征可以通过改 变该上可配置PEZ环302的材津牛和/或结构来控制。该上电极环308连4妻于该上金属元件210并通过该上金属 元件210^妄i也。优选地，该上电4及环308是由该外部上电介质环310 的夹持力固定在适当的位置的，而不是使用比如螺栓等螺紋固定机 构。例如，电极环308可具有法兰308a,其与该电介质环310上的法 兰310a相匹配。如此，原来暴露的固定才几构的腐々虫会产生的等离子 体污染物就可以被消除。优选地，该上电极环308是由比如阳极化 铝等金属形成的。在需要更清洁的等离子体的情况下，该上电极环 308可以是由纯的材料，比如硅(单晶或多晶娃)，CVDj氐阻SiC或 任何合适的高纯度导电材料形成的。为了最小化使用高纯度材料对 成本的影响，将该上电极环308的横截面尺寸最小化。尽管可以使 用螺4全穿过(bolt-through )的i殳计，4旦夹紧固定(clamp-in-place ) 的设计可以筒化该上电极环308的结构，以由此降低CoC,并允许使 用更宽范围的才才;扦以控制污染。还应当注意，该下和上电4及环306、 308可以是由石墨或各种碳基材料形成的，例如，该碳基材料包括 SiN、 BN和A1N。.该外部上电介质环310是由比如八1203等电介质材料形成 的，还可能涂有丫203。该外部上电介质环310在其上表面中包括周 向间隔的螺纟丈3L318,以容纳螺4全316, 乂人而一夸该外部上电介质环310 固定于该上金属元件210。该外部上电介质环310包括突起或台阶 (法兰)310，其被用于将该上电极环308的法兰308a夹紧到该上金 属元件210。应当注意，每个螺纟全316^皮用螺丝/人该上电才及组件204 的顶部一侧拧紧，乂人而该螺4全不会暴露于该等离子体中并被该等离 子体腐蚀。该外部上电介质环310的内部边^彖直^至决定了该环或环 形等离子体的外径。
该下电极组件206包括下金属衬管(metal liner)(颈圏) 314,其围绕聚焦环238a和三个同心;汶置的环下可配置PEZ环260; 下电极环或箍环(hoop ring) 306;和夕卜部下电介质环312。该下可 酉己置PEZ环260、下电极环306和下金属衬管314是由该底部电介质环 或聚焦环238 (更准确地i兌，该底部电介质环的上部238a )和4寸管 314支撑的。该下电极环306纟皮该外部下电介质环312夹紧于该下金 属一十管314的上表面，其中该下金属^)"管314连4妾于该室壁202以^妄 地。该聚焦环238a将该下电才及环306与该^妄电电才及的该上部226a电 性隔离。优选地，该接电电极226是由比如阳极化铝等金属形成 的。在需要高清洁度的等离子体的情况下，如果该接电电极2263皮 暴露于该等离子体中并被该等离子体腐蚀，需要对该电极226使用 高纯度材料以满足清洁度要求。因为该下可配置PEZ环260是设计来 保护该接电电极226免于等离子体腐蚀的，所以该接电电极226可以 是由低纯度金属或材料形成的，而不必考虑清洁度要求。如图4B所示，该下可配置PEZ环260具有两个分别形成于 其内部和外部边*彖的凹口或阶梯，其中在下内部边乡彖上由竖直表面 260a和水平表面260b形成的阶梯与该4妾电电一及的上部226a的外部 边缘的表面相匹配，且由水平表面260c和竖直表面260d形成的阶梯 与该聚焦环238a的表面相匹配。该下可配置PEZ环260可以被提供不 同尺寸的底部等离子体隔断区域的PEZ环代替。该第二阶梯形成的 距离D2被称为底部边缘隔断区域，而且通过改变上表面260e的宽 度，可能改变该底部PEZ 404，该底部PEZ 404等于该基板218的半 径减去距离D2。由于等离子体腐蚀，该下可配置PEZ环260会比该下 电招j且件206的其它部件更加频繁的更换，并祐J人为是易库€元件。 通常，工艺气体可包4舌含氧气体，比如02。可以添加少量的(比如 <10%)的含氟气体，比如CF4、 SF6、 C2F6以清洁该斜面边缘。包含这些活性气体的等离子体可能腐蚀该下可配置PEZ环260,迫使要对 该下可配置PEZ环260进行周期性地更换。在更换过程中，为了便于 取得该下可配置PEZ环260，该下可配置PEZ环260是可移除地安装 在该4妄电电4及的上部226a的阶梯和该聚焦环238a上的，并且可以一皮 更换而不必将该下电4及组件206乂人该室壁202移除。如上所述，该基板218被安装于该下可配置PEZ环260的 上表面206e(图4B )。该高度H,和H2决定了该基板218和接电电极226
之间的垂直间隔。为了可重复地对齐，优选地，该高度H!和H2被精
确4空制。该下可配置PEZ环260保护该接电电才及226免于用于该斜 面清洁的等离子体的攻击。该下可配置PEZ环260是由导电、半导体 或电介质材冲牛形成的，比如全部由氧化铝(A1203 )、氮化铝(A1N )、 氧化硅(Si02 )、碳化硅(SiC )、氮化硅(Si3N4 )、硅(Si )、氧化 4乙(Y203 )或其它的材泮+形成的环，或该支撑环124可以是由金属、 涂覆有导电或电介质材料，比如Si、 SiC或Y203等的陶瓷或聚合物， 例如，陶瓷(优选为八1203 )、或纯的材料，比如硅(单晶或多晶硅)、 CVD高电阻率SiC等等形成的复合环，以减少清洁操作过程中对该 基一反218的污染。通常，难以在一些陶瓷中钻出和旋塞(tap)螺紋 孔。该下可配置PEZ环260不需要螺紋孔以被固定于该聚焦环238a ， 因此提供了选择材料的灵活性。该下可配置PEZ环260可能也是由高 阻抗(优选，但不限于，105ohm-cm)的材料形成的。因为该接电 电极226和该下电极环306之间的电性耦合是受该下可配置PEZ环 260的电特性影响的，所以可以通过改变该下可配置PEZ环260的材 料和/或结构来控制该等离子体的特征。该下电4及环306连^妾于该下金属衬管314并通过该下金属 衬管4妄地。优选地，该下电极环306由该外部下电介质环312的夹持 力固定在适当的位置而不是使用螺紋固定机构，比如螺栓。例如，在该电极环306上的外法兰306a可以啮合于该电介质环312上的内 法兰312a，由此将该电极环306夹紧于该衬管314。如此，原本来自 暴露的固定才几构的腐蚀的等离子体污染物可以被消除。优选地，该 下电才及环306是由比如阳极化铝等金属形成的。在需要更清洁的等 离子体的情况下，该下电极环306可以是由高纯度材料，比如纯净 硅(例如，单晶或多晶硅)，CVD低阻SiC或任何合适的高纯度导电 材料形成的。为了最小化使用高纯度材料对成本的影响，将该下电 极环306的横截面尺寸最小化。使用夹紧固定(damp-in-place )的 设计简化了下电极环306的结构并由此通过使用更宽范围的材料以 进行污染控制而降低了 CoC 。该外部下电介质环312是由比如八1203等电介质材料形成 的，且可能涂覆有丫203。该外部下电介质环312包括一系列螺紋孔 320,其容纳螺栓322以将该外部下电介质环312固定于该下金属村 管314。如上所述，该外部下电介质环312包4舌突起或阶梯(法兰)， 其被用于将该下电极环306夹紧于该金属衬管314。应当注意，该螺 栓322从该下电极组件206的底部一侧拧紧以便该螺栓322不会暴露 于该等离子体中并一皮该等离子体腐蚀。该外部下电介质环312的内 部边^彖直径决定了该环或环形等离子体的外径。图5 A显示了依照另 一 个实施方式的斜面刻蚀才几500的4黄 截面示意图。图5B显示了图5A中的区域B的i欠大的示意图。如图所 示，该斜面刻蚀机500的元件与图2所示的那些元件非常相似。区别 在于下电极组件506包括下支架502来代替接电电极226，而下电极 环504通过下金属衬管510耦合于RF电源508。该下支架502是由电介 质材料形成的，并可起到真空卡盘的作用以在斜面清洁操作过程中 将基板518固定在适当的位置。在操作过程中，该RF电源508提供RF能量以将工艺气体 激励为等离子体，该工艺气体是通过该气体进口512、 5"中的至少一个提供的，其中该RF能量是以一个或多个范围为(但不限于)~ 2MHz到~ 13MHz的频率供应的。在一个变种中，该上电才及环516库禺 合于RF电源而该下电 一及环5044妄地。图6显示了依照又一个实施方式的斜面刻蚀机600的横截 面示意图。该斜面刻蚀机600的元件类似于图5 A和图5B所示的那些 元件。区别在于，下电^L组件602包4舌由金属形成的下支架604，且 下支架604的上表面是被电介质涂覆或层606覆盖的。在一个变种 中，该上电才及环608耦合于RF电源而该下电极环610^妄地。图7显示了依照进一 步的实施方式的斜面刻蚀机700的横 截面示意图。如图所示，该斜面刻蚀才几700的元件类似于图2中所示 的那些元件，其区别在于用静电卡盘702来代替该真空卡盘。该静 电卡盘702设置于4妾电电极710上并在4牛面清洁才喿作过程中将基*反 712固定在适当的位置。上下电才及环704、 7064妾地而4妄电电才及710耦 合于RF电源708以供应电能来产生等离子体。图8显示了依照另 一个实施方式的斜面刻蚀机800的横截 面示意图。如图所示，在+面刻蚀才几800的元件类似于图7所示的那些 元件，也就是说，在斜面清洁操作过程中使用静电卡盘802将基板 812固定在适当的位置。区别在于上电极环804接地而下电极环806 弄禺合于RF电源808以供应RF电能以产生等离子体。在一个变种中， 该上电4及环804專馬合于RF电源而该下电才及8064妄i也。图9显示了依照又一个进一步的实施方式的4斗面刻蚀冲几 900的横截面示意图。刻蚀机卯0的元件类似于图2所示的那些元件。 区别在于，在此实施方式中，由比如铝等导电材料制成的空心阴极 环904^f立于该外部上下电介质环912、 914夕卜。该空心阴才及环904具有 面向该斜面边缘的沟道906。应当注意，在装载/卸载基板916的过程中，该空心阴极环卯4由合适的装置(图9中未示)在竖直方向上移动。该空心阴才及环904耦合于RF电源918而且下、上电才及环 卯8、 910两者都接地。该RF电源供应频率范围例如为 2MHz到~ 13MHz的RF能量。在一个变种中，该上电极环910耦合于RF电源而 该下电极环908和该空心阴极环卯4接地。在另一个变种中，该下电 才及环908耦合于RF电源而该上电才及环910和该空心阴才及环904^妄;也。 在又一个变种中，该空心阴极环卯4也耦合于高频RF电源以产生等 离子体以清洁该室902的内部和该真空卡盘920的上表面，其中该高 频RF电源才是供范围例如为-27MHz到-60MHz的RF能量。图1 O显示了依照进一步的实施方式的斜面刻蚀机的横截 面示意图。该斜面刻蚀机1000的元件类似于图2中所示的那些元件。 区别在于， 一个或多个感应线圈1006围绕该基寺反边多彖和该外部下电 介质环1016和该外部上电介质环1014之间的空间。该感应线圈1012 被嵌入耦合于电介质支架1004的电介质材料1006中。该电介质支架 1004包括合适的机构(图10未示)以在装载/卸载基板的过程中在竖 直方向上移动该感应线圈1012。该感应线圈1012耦合于RF电源1018。在杀牛面边^彖清洁处 理过程中，该RF电源1018供应范围是，{旦不限于~ 2MHz到~ 13MHz 的RF能量以在该基一反边缘附近产生电感耦合等离子体。该上电极环 10IO和该下电才及环1008^妄地以为该电感等离子体4是供返回通^各。该 感应线圏1012提供清洁等离子体以清洁该斜面边缘，在 一 个变种 中，该感应线圏1012还耦合于高频RF电源以产生等离子体以清洁该 室1002的内部和该真空卡盘1020的上表面，其中该高频RF电源提供 7范围侈寸^口为~ 27MHz5)J ~ 60MHz的RF肯fe量。
应当注意，图2和6-10中的实施方式具有一个中心气体进 口和多个边缘气体进口。然而，气体进口的数量可以变化，以按照 要求一夸气体分配到该基4反和/或该冻+面边纟彖附近。而且，该上电介质 斥反可有4壬何合适数量和配置的孔。
夢巧升升,六犯力》、3ZLTT》卞湖3由述的.妖 而，对本领域的技术人员来说，显然，可以在不悖离所附权利要求 的范围的基础上，对本发明作出变更和《奮改，以及^f吏用等同物。
权利要求
1.一种斜面刻蚀机，在该斜面刻蚀机中对半导体基板的斜面边缘进行等离子体清洁，包含具有圆柱形顶部的下支架；下等离子体隔断区域(PEZ)环，支撑于该下支架的该顶部上，该下PEZ环具有支撑该基板的上表面，以便该基板的该斜面边缘延伸出该上表面的外缘；上电介质元件，配置于该下支架上方并具有面向该下支架的该顶部的圆柱形底部；围绕该电介质元件的底部并面向该下PEZ环的上PEZ环，该下和上PEZ环之间的环形空间限制要用该等离子体清洁的斜面边缘的范围；以及至少一个射频(RF)电源，适于在清洁操作过程中将工艺气体激励为该等离子体；其中该下和上PEZ环适于在该清洁操作过程中分别保护该下支架和该上电介质元件免受该等离子体损害。
2. 根据权利要求1所述的斜面刻蚀机，其中该至少一个RF电源 包括围绕该下PEZ环的下电^ l环；以及围绕该上PEZ环并面向该下电才及环的上电才及环。
3. 根据权利要求2所述的斜面刻蚀机，其中(a)该下和上电极 环接地而该下支架耦合于射频(RF)能量产生器，该射频能 量产生器供应RF能量以产生该等离子体；(b)该下电才及环才妄地而该上电一及环耦合于射频(RF)能量产生器，该射频能量 产生器供应RF能量以产生该等离子体；或(c)该上电极环 4妻地而该下电极环耦合于射频(RF)能量产生器，该射频能 量产生器供应RF能量以产生该等离子体。
4. 根据权利要求3所述的斜面刻蚀机，其中该下支架的该顶部是 由电介质材并+形成的。
5. 根据权利要求2所述的斜面刻蚀机，其中该上和下电极环的构 成材料选自金属、硅、SiC和碳基材料。
6. 根据权利要求2所述的斜面刻蚀机，进一步包含覆盖该上电介质元件、该上电才及环和上PEZ环的上金属 元件；围绕该上电才及环并固定于该上金属元件的上电介质环， 该上电介质环包4舌将该上电才及环夹紧于该上金属元件的法兰；位于该下电极环下的下金属衬管；围绕该下电才及环并固定于该下金属一十管的下电介质环，以及插入该下支架和该下金属衬管之间的聚焦环，该聚焦环 适于将该下支架从该下金属衬管电性隔离并从该下电极环电性隔离。
7. 根据权利要求6所述的斜面刻蚀机，其中该上金属元件包括至电极环被空隙从该上PEZ环隔开，且该空隙通过曲折的路径 与该至少 一个气体通道流体连通，该工艺气体通过该曲4斤的^各 径/人该气体源流到该环形空间。
8. 根据权利要求6所述的斜面刻蚀机，其中(a)该下电介质环 包括螺紋孔，以容纳穿过该下金属衬管中的孔的螺栓，其中该 螺栓将该下电介质环固定于该下金属衬管；(b )该上电介质环 包括螺紋孔，以容纳穿过该上金属元件中的孔的螺栓，其中该 螺^r将该上电介质环固定于该上金属元件；(c )该聚焦环和该 上电介质元件是由可选地用Y203涂覆的陶覺形成的；和/或(d)该下和上电介质环是由陶瓷形成的。
9. 根据权利要求7所述的斜面刻蚀机，进一步包含(a)围绕该 下和上电介质环的外缘的空心阴极环，其中在斜面清洁操作过 程中，该空心阴极环耦合于RF能量产生器且该上和下电极环 才妄:t也，或该上和下电才及环津馬合于RF能量产生器而该空心阴相^ 环才妄;也；或(b)井禺合于RF产生器并围绕该下和上电介质环 的外缘的感应线圈，该上和下电极环接地而该线圈运作以在接 收到来自该RF产生器的RF能量时产生该等离子体。
10. 根据权利要求2所述的斜面刻蚀机，其中(a)该上电介质元 件具有沿该底部的外纟彖形成的环形法兰，且其中该上PEZ环 沿其内步彖形成有匹配的内部法兰，该环形法兰。齿合该内部法 兰，以<更该上PEZ环可分离i也固定于该上电介质元4牛和/或(b ) 该下支架具有沿该顶部的外纟彖形成的环形法兰，且其中该下 PEZ环具有沿其内缘形成的内部法兰，该环形法兰啮合该内部 法兰，以Y更该下PEZ环可分离i也固定于该下支架。
11. 根据权利要求1所述的斜面刻蚀机，其中(a)该下PEZ环 的该顶部的外径限定该基纟反的底部边纟彖隔断；(b)该下和上 PEZ环的构成材料选自导电、半导电、电介质材料、陶瓷和高 阻抗材冲+; (c)该上PEZ环的该底部的外径限定该基纟反的顶 部边》彖隔断；和/或(d)该下支架的该圆4主形顶部包4舌l争电卡 盘。
12. —种清洁半导体基板的斜面边缘的方法，包含在根据权利要求1所述的斜面刻蚀机中支撑半导体基板； 将工艺气体激励为等离子体；以及 使用该等离子体清洁该斜面边缘。
13. —种更换根据权利要求6所述的斜面刻蚀机中的上或下PEZ 环的方法，包含(a) 乂人该上金属元件卸下该上电介质元件， 乂人该上PEZ环上的法兰分离(disengaging)该电介质元4牛上 的法兰，通过将新的PEZ环装在该电介质板上并将该电介质 氺反固定到该上金属it/f牛上而用新的PEZ环更4灸该上PEZ环， 或(b)升高该下支架上方的该下PEZ环并用新的PEZ环更 *换该下PEZ环。
14. 一种斜面刻蚀机的可配置部件，在该斜面刻蚀才几中对半导体基 板的斜面边缘进行等离子体清洁，该斜面刻蚀机包括在斜面清 洁操作中支撑晶片的下电极组件、包括面向该下支架并连接于上支架的电介质纟反的上电一及纟且4牛，该上支架可纟从向移动以将该 电介质板定位到与该基板的该上表面具有很小的距离，该上电 才及组件包括至少 一个气体通道，在该斜面清洁才喿作过程中气体 可以通过该气体通道流到该杀牛面边纟彖附近，该电介质纟反具有至 少一个气体通道，在该杀牛面清洁才喿作过禾呈中气体可以通过该气 体通道在基板表面上方流动，该可配置部件包含下述至少一 个(1)下等离子体隔断区i或(PEZ)环，该下PEZ环是由 导电、半导体或电介质材料制成的，适于在该清洁操作中保护 该下支架免受该等离子体损害，(2)上PEZ环，该上PEZ环 是由导电、半导体或电介质材料制成的，适于在该清洁操作中 保护该上电介质板免受等离子体损害，(3)围绕该上PEZ环 的上环电极，(4)围绕该下PEZ环的下环电极，(5)围绕该上电才及环的上电介质环，和/或(6)围绕该下电才及的下电介质环。
15. 根据权利要求14所述的可配置部件，其中(a)该可配置部 件是该下PEZ环，该下PEZ环具有适于^皮支撑在该下支架上 的下表面，该下PEZ环具有^皮配置为支撑该基纟反的上表面， 以便该基^反的斜面边纟彖延伸出该上表面的外纟彖，该下表面比该 上表面更宽，和/或(b)该可配置部4牛是该上PEZ环，该上 PEZ环包括内部法兰，该内部法兰具有与该电介质板的外部法 兰的上表面啮合的下表面，以便当被安装在该斜面刻蚀机中 时，在该下和上PEZ环之间形成环形空间，该环形空间限制 要被该等离子体清洁的该斜面边缘的范围。
16. #4居#又利要求14所述的可配置部4牛，其中(a)该可配置部 件是该上环电^及，该上环电4及具有适于紧密地围绕该上PEZ 环的内径，该上环电才及具有外部法兰，该外部法兰适于啮合上 电介质环上的内部法兰，其爿寻该上环电才及夹紧于该上支架，和 /或(b)该可配置部件是该下环电一及，该下环电一及具有适于紧 密围绕该下PEZ环的内径，该下环电4及具有外部法兰，该外 部法兰适于啮合该下电介质环上的内部法兰，其将该下环电核_ 夹紧于该下支架。
17. 4艮据4又利要求14所述的可配置部件，其中该可配置部件是该 上电介质环，该上电介质环包括内部法兰，该内部法兰适于喷该上电介质环在其上表面中包括孔，该孔适于与该上支架中的 孔对齐，紧固件可通过该孔被固定于该上电介质环。
18. 才艮据4又利要求14所述的可配置部件，其中该可配置部件是该 下电介质环，该下电介质环包括内部法兰，该内部法兰适于啮该下电介质环在其下表面中包4舌孔，该孔适于与该下支架中的孑L对齐，紧固件可通过该孔萍皮固定于该下电介质环。
19. 根据权利要求15所述的可配置部件，其中该下PEZ环包括阶 梯形的内部表面，该阶梯形的内部表面在该下表面和该上表面 之间纵向延伸，该上和下表面彼此平行；以及阶梯形的外表面， 以便当该下PEZ环支撑该基板时，在该基板下方有开放空间。
20. 4艮据权利要求16所述的可配置部件，其中该上PEZ环包括阶 梯形的内部表面，该阶梯形的内部表面在其下和上表面之间纵 向延伸，该上和下表面彼此平行，以及阶梯形的外表面，以便 当该下PEZ环支撑该基板时，在该基板上方有开放空间。
全文摘要
一种用于清洁半导体基板的斜面边缘的装置。该装置包括具有圆柱形顶部的下支架；围绕该顶部并适于支撑该基板的下等离子体隔断区域(PEZ)环；面向该下支架并具有圆柱形底部的上电介质元件；围绕该底部的外缘并面向该下PEZ环的上PEZ环；以及至少一个射频(RF)电源，可运作以将由该上和下PEZ环限定的环形空间中的气体激励为等离子体，其中该环形空间包围该斜面边缘。
文档编号H01L21/3065GK101589457SQ200880003211
公开日2009年11月25日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年1月26日
发明者威廉·S·肯尼迪, 安德鲁·D·贝利三世, 格雷戈里·塞克斯顿, 艾伦·M·舍普, 金允尚 申请人:朗姆研究公司