等离子体源的室构件和有移动衬底C形环的升降销的基座的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月12日提交的美国临时申请no.62/294,574的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及衬底处理，并且更具体地涉及等离子体源和基座的结构。

背景技术：

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的说明书的方面中描述的程度上，目前署名的发明人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可用于蚀刻衬底(诸如半导体晶片)上的膜。衬底处理系统通常包括衬底处理室、气体分配装置和衬底支撑件。在处理期间，衬底被布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到衬底处理室中，并且可以产生射频(rf)等离子体以激活化学反应。rf等离子体可以是感应耦合等离子体(icp)或变压器耦合等离子体(tcp)。作为对一个或多个线圈充电的结果，icp或tcp可以由等离子体源提供。等离子体源包括衬底处理室的上部以及一个或多个线圈。

icp源的室构件可以是圆筒形或圆顶形。tcp源的室构件可以是扁平形的(flat-shaped)。icp源的圆筒形室构件具有位于室构件的圆周周围的线圈。icp源的圆顶形室构件是球形的并且具有设置在室构件上方的线圈。tcp源的扁平形室构件包括扁平的圆形介电窗，线圈安装在介电窗上方。

具有圆筒形、圆顶形和扁平形状室构件的等离子体源具有相关的缺点。圆筒形室构件的缺点是所有相应的线圈围绕圆筒形的圆周定位，这不允许调节从中心(例如，延伸穿过圆筒形室构件的中心的竖直中心线)到圆筒形室构件的外圆周边缘的径向等离子体密度。

圆顶形室构件可以具有中心安装的线圈和外部安装的线圈。中心安装的线圈可以位于圆顶形室构件的顶部和中心附近。外部安装的线圈可以进一步向下定位在圆顶形室的周边(perimeter)上和附近。圆顶形室构件的缺点是，与外部安装的线圈和衬底之间的距离相比，在中心安装的线圈和衬底中心之间存在更大的距离。在对应的等离子体源的中心的这种较长距离可以导致在中心产生的等离子体物质相对于外边缘具有更长的停留时间。当供应高压气体时和/或当由于具有高密度等离子体的局部区域而供应电负性气体时，这种影响更加显著。

扁平形室构件的缺点在于，由于厚的介电窗(例如，厚度为1-2英寸)，相应的线圈通常位于离等离子体相当远的距离处。介电窗是厚的以承受由跨越介电窗的压力差产生的机械力。室构件和等离子体之间的物理分离降低了相应的tcp源的效率，因为线圈和等离子体之间的互感减小。这导致流过线圈的电流增加和铜损耗增加(即，磁场损耗增加)。线圈距离室构件的内部室区域越远，磁场损失越多，因此需要更多的电流来在内部室区域中提供所需的磁场。

技术实现要素：

提供了一种等离子体源的室构件，其包括侧壁、过渡构件、顶壁和注射器连接构件。所述侧壁是圆筒形的并且围绕衬底处理室的上部区域。所述过渡构件连接到所述侧壁。所述顶壁连接到所述过渡构件。所述注射器连接构件连接到所述顶壁，定位成竖直地高于所述侧壁，并且构造成连接到气体注射器。气体经由所述气体注射器穿过所述注射器连接构件并进入所述衬底处理室的所述上部区域。所述室构件的中心高度与下内径的比率为0.25-0.5和/或所述室构件的中心高度与外部高度的比率为0.4-0.85。

在其它特征中，提供了一种基座，其包括射频电极、升降销、c形环、绝缘体和接地屏蔽件。所述升降销位于所述射频电极的径向外侧。所述c形环接收衬底，其中所述升降销相对于所述基座移动所述c形环。所述射频电极、所述升降销和所述绝缘体设置在所述接地屏蔽件中，其中所述绝缘体将所述射频电极与所述升降销和所述接地屏蔽件隔离。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种等离子体源的室构件，其包括：

围绕衬底处理室的上部区域的侧壁，其中所述侧壁为圆筒形；

连接到所述侧壁的过渡构件；

连接到所述过渡构件的顶壁；以及

注射器连接构件，其连接到所述顶壁，定位成竖直地高于所述侧壁，并且被构造成连接到气体注射器，其中气体经由所述气体注射器穿过所述注射器连接构件并进入所述衬底处理室的所述上部区域，

其中符合以下项中的至少一个：

所述室构件的中心高度与下内径的比率为0.25-0.5，或者

所述室构件的中心高度与外部高度的比率为0.4-0.85。

2.根据条款1所述的室构件，其中所述顶壁是半直线形的。

3.根据条款1所述的室构件，其中所述顶壁是直线形的。

4.根据条款1所述的室构件，其中所述室构件的中心高度与下内径的所述比率为0.35-0.45。

5.根据条款1所述的室构件，其中所述室构件的中心高度与外部高度的所述比率为0.5-0.6。

6.一种等离子体源，其包括：

根据条款1所述的室构件；

第一线圈，其设置在所述室构件的中心部分上方并围绕所述注射器连接构件；以及

围绕所述侧壁设置的第二线圈。

7.根据条款6所述的等离子体源，其中所述第一线圈和所述第二线圈串联连接。

8.根据条款6所述的等离子体源，其中所述第一线圈和所述第二线圈并联连接。

9.根据条款6所述的等离子体源，其还包括：

发电机，其向所述第一线圈和所述第二线圈供应电流；以及

控制器，其被配置为控制向所述第一线圈和所述第二线圈的所述电流供应，其中，独立于提供给所述第二线圈的电流来控制提供给所述第一线圈的电流。

10.根据条款6所述的等离子体源，其还包括被构造成在所述衬底处理室的上部区域中扩散气体的扩散器。

11.根据条款10所述的等离子体源，其中：

所述扩散器包括多个通道；以及

所述多个通道接收相应的气体。

12.一种衬底处理室，其包括：

根据条款1所述的室构件；以及

第二注射器，其向上注射气体并将气体注射到所述衬底处理室中。

13.一种衬底处理室，其包括：

根据条款1所述的室构件；以及

第二注射器，其向下注射气体，到分配板或喷头下方，并进入衬底处理室中。

14.一种衬底处理室，其包括：

根据条款1所述的室构件；

分配板；以及

第二注射器，其注射气体穿过所述分配板并进入所述衬底处理室。

15.一种衬底处理系统，其包括：

根据条款1所述的室构件；

等离子体源，其包括所述室构件；

包括电容的多个射频部件；

接地屏蔽件；以及

保护外壳，

其中，

所述等离子体源、所述多个射频部件和所述接地屏蔽件设置在所述保护外壳内，并且

所述接地屏蔽件将所述射频部件与所述等离子体源隔离。

16.根据条款15所述的衬底处理系统，其中所述保护外壳包括：

顶壁；

连接到所述保护外壳的所述顶壁的绝缘体；

穿过所述绝缘体的销；以及

控制器，其连接到所述销并且向所述多个射频部件提供电流。

17.根据条款15所述的衬底处理系统，其还包括基座，其中所述基座包括：

射频电极；

多个升降销，其位于所述射频电极的径向外侧；以及

接收衬底的c形环，其中所述多个升降销相对于所述基座移动所述c形环。

18.一种基座，其包括：

射频电极；

多个升降销，其位于所述射频电极的径向外侧；

接收衬底的c形环，其中所述多个升降销相对于所述基座移动所述c形环；

多个绝缘体；以及

接地屏蔽件，其中所述射频电极、所述升降销和所述多个绝缘体设置在所述接地屏蔽件中，

其中所述多个绝缘体将所述射频电极与所述升降销和所述接地屏蔽件隔离。

19.根据条款18所述的基座，其中所述c形环包括在其上保持所述衬底的锥形或台阶状的内表面。

20.一种衬底处理系统，其包括：

根据条款18所述的基座；以及

设置在所述基座上方并产生等离子体以蚀刻所述衬底的等离子体源。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅意图用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

从详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

图1是根据本公开的实施方式的衬底处理系统的示例的功能框图；

图2是根据本公开的实施方式的衬底处理室的上部的透视截面图；

图3是传统等离子体源的圆顶形室部分的横截面侧视图；

图4是图2的衬底处理室的上部的横截面侧视图，其识别某些高度和直径；

图5是包括图2的衬底处理室的上部的等离子体源的横截面侧视图，示出了根据本公开的实施方式的示例线圈实现方式；

图6是根据本公开的实施方式的串联线圈配置的示意图；

图7是根据本公开的实施方式的并联线圈配置的示意图；

图8是根据本公开的实施方式的具有独立控制的线圈的等离子体源的室部分的功能块和横截面侧视图；

图9是根据本公开的实施方式的包括等离子体源和接地隔离屏蔽件的室的一部分的横截面侧视图；

图10是根据本公开的实施方式的包括扩散器的等离子体源的室部分的横截面侧视图；

图11是根据本公开的实施方式的包括扩散器和侧向上注射器的等离子体源的室部分的横截面侧视图；

图12是根据本公开的实施方式的包括扩散器和侧向下注射器的等离子体源的室部分的横截面侧视图；

图13是根据本公开的实施方式的包括扩散器和侧向下注射器和分配板的等离子体源的室部分的横截面侧视图；

图14是根据本公开的实施方式的喷头的仰视图；

图15是根据本公开的实施方式的包括绝缘体和接地屏蔽件的基座的横截面侧视图；

图16是根据本公开的实施方式的包含升降销和c形环的基座的横截面侧视图；

图17是基座系统的功能块和横截面侧视图，示出了基座和衬底的z运动；以及

图18示出了操作根据本公开的实施方式的衬底处理系统的方法。

在附图中，附图标记可以重复使用以标识类似和/或相同的元件。

具体实施方式

本文公开了用于改善衬底的蚀刻均匀性(包括边缘均匀性和可调节径向均匀性)的实例。改进的蚀刻均匀性提供有降低的由等离子体引起的衬底损坏的风险，并允许用于将气体注射衬底处理室的多种选择。示例包括具有几何形状和对应的线圈构造的等离子体源的室构件，其允许跨越衬底的等离子体的受控且均匀的产生。与具有圆顶形室构件的传统等离子体源不同，所述等离子体源允许等离子体源的中心附近的等离子体密度受到控制。所公开的等离子体源将中心线圈放置成比具有圆顶形室构件的传统等离子体源更接近衬底。这减少了等离子体在所公开的室构件的顶部中心表面和衬底之间的停留时间。停留时间是指等离子体在邻近顶部中心表面的区域和相应衬底的中心之间通过的时间量。

示例还提供使得能够容易地从基座移除衬底的基座设计。基座设计包括不穿过rf电极和/或板的升降销。这改进了基座和衬底的背面(面向基座的面)的热均匀性和rf均匀性。基座设计还降低了升降销区域中的电弧的风险，因为升降销不位于发射rf能量的区域中。

现在参考图1，示出了根据本公开的具有用于蚀刻衬底的膜层的衬底处理室101的衬底处理系统100的示例。虽然示出和描述了特定的衬底处理室，但是本文所述的方法可以在其他类型的衬底处理系统上实施。尽管图1示出了具有各种特征的衬底处理系统100，但是这些特征中的一个或多个可以是不同的和/或可以不包括这些特征中的一个或多个。关于图2-17示出和描述了替代实施方式的示例。

再次参考图1，衬底处理室101包括下室区域102和上室区域104。下室区域102由室侧壁表面108、室底表面110和气体分配装置114的下表面限定。衬底处理室101的上部(或室构件)118与对应的线圈(其示例在下文描述)组合可以被称为等离子体源并且可以提供icp。

上室区域104由气体分配装置114的上表面和上部118的内表面限定。在一些示例中，上部118搁置在第一环形支撑件121上。在一些示例中，第一环形支撑件121包括用于将工艺气体输送到上室区域104的一个或多个间隔开的孔123，如下文将进一步描述的。在一些示例中，通过一个或多个间隔开的孔123以相对于包括气体分配装置114的平面成锐角的向上方向输送工艺气体，尽管可以使用其它角度/方向。在一些示例中，第一环形支撑件121中的气流通道134向(i)一个或多个间隔开的孔123和/或(ii)将气体向上(如箭头138所示)引导以与上室区域104中的气体和/或等离子体混合的一个或多个通道或注射器136供应气体。

第一环形支撑件121可设置在第二环形支撑件125上方和/或上。第二环形支撑件125限定一个或多个间隔开的孔127，孔127用于将工艺气体从气体流动通道129输送到下室区域102。在一些示例中，气体分配装置114中的孔131与孔127对准。在其他示例中，气体分配装置114具有较小的直径，并且不需要孔131。在一些示例中，通过一个或多个间隔开的孔127以相对于包括气体分配装置114的平面成锐角朝向衬底126以向下方向输送工艺气体，尽管也可以使用其它角度/方向。

在其他示例中，上室区域104是具有扁平顶表面的圆筒形。在其他示例中，单个室可以与位于喷头128和衬底支撑件122之间的间隔件一起使用。

衬底支撑件122布置在下室区域102中。在一些示例中，衬底支撑件122包括静电卡盘(esc)，但是可以使用其它类型的衬底支撑件。在蚀刻期间，衬底126布置在衬底支撑件122的上表面上。在一些示例中，衬底126的温度可以通过加热元件(或加热器板)133、具有流体通道的可选冷却板和一个或多个传感器(未示出)来控制；尽管可以使用任何其它合适的衬底支撑件温度控制系统。

在一些示例中，气体分配装置114包括喷头(例如，示出了具有多个间隔开的孔129的板128)。多个间隔开的孔129从板128的上表面延伸到板128的下表面。在一些示例中，间隔开的孔129具有在0.4”至0.75”范围内的直径，并且喷头由导电材料(诸如铝)或具有由导电材料制成的嵌入电极的非导电材料(诸如陶瓷)制成。

一个或多个感应线圈140可以布置在上部118的外部周围。当被激励时，一个或多个感应线圈140在上部118内部产生电磁场。在一些示例中，使用上线圈和下线圈。气体注射器142从气体输送系统150-1注射一种或多种气体混合物。

在一些示例中，气体输送系统150-1包括一个或多个气体源152、一个或多个阀154、一个或多个质量流量控制器(mfc)156和混合歧管158，但是可以使用其它类型的气体输送系统。气体分流器(未示出)可以用于改变气体混合物的流速。(除了来自气体注射器142的蚀刻气体或者代替来自气体注射器142的蚀刻气体，)可以使用另一气体输送系统150-2来向气体流动通道129和/或134供应蚀刻气体或蚀刻气体混合物。

在于2015年12月4日提交的名称为“gasdeliverysystem”的共同转让的美国专利申请序列no.14/945,680中示出和描述了合适的气体输送系统，其全部内容通过引用并入本文。合适的单或双气体注射器和其它气体注射位置在于2016年1月7日提交的名称为“substrateprocessingsystemwithmultipleinjectionpointsanddualinjector”的共同转让的美国临时专利申请序列号62/275,837中示出和描述，其全部内容通过引用并入本文。

在一些示例中，气体注射器142包括在向下方向上引导气体的中心注射位置和以相对于向下方向成角度注射气体的一个或多个侧注射位置。在一些示例中，气体输送系统150-1将气体混合物的第一部分以第一流速输送到中心注射位置，并将气体混合物的第二部分以第二流速输送到气体注射器142的侧注射位置。在其他示例中，由气体注射器142输送不同的气体混合物。在一些示例中，气体输送系统150-1将调谐气体输送到气体流动通道129和134和/或输送到处理室中的其它位置，如下面将描述的。

等离子体发生器170可以用于产生输出到一个或多个感应线圈140的rf功率。等离子体190在上室区域104中产生。在一些示例中，等离子体发生器170包括rf发生器172和匹配网络174。匹配网络174将rf发生器172的阻抗与一个或多个感应线圈140的阻抗匹配。在一些示例中，气体分配装置114连接到诸如地的参考电位。阀178和泵180可以用于控制下室区域102和上室区域104内部的压力并且用于抽空反应物。

控制器176与气体输送系统150-1和150-2、阀178、泵180和/或等离子体发生器170连通，以控制工艺气体的流动、吹扫气体、rf等离子体和室压力。在一些示例中，通过一个或多个感应线圈140在上部118内维持等离子体。使用气体注射器142(和/或孔123)从衬底处理室101的顶部引入一种或多种气体混合物，并且使用气体分配装置114将等离子体限制在上部118内。

将等离子体限制在上部118中允许等离子体物质的体积复合(volumerecombination)和通过气体分配装置114流出所需的蚀刻剂物质。在一些示例中，没有rf偏置施加到衬底126。结果，在衬底126上没有活性鞘(activesheath)，并且离子不以任何有限的能量撞击衬底126。一些数量的离子将通过气体分配装置114扩散出等离子体区域。然而，扩散的等离子体的量的数量级比位于上部118内的等离子体低。等离子体中的大多数离子通过在高压下的体积复合而损失。在气体分配装置114的上表面处的表面复合损失也降低气体分配装置114下方的离子密度。

在其他示例中，衬底处理系统100包括rf偏置发生器186和匹配网络188。rf偏置发生器186产生rf偏置，rf偏置可以用于在气体分配装置114和衬底支撑件122之间产生等离子体或在衬底126上产生自偏置以吸引离子。控制器176可以控制rf偏置。rf偏置发生器186和/或匹配网络188的输出频率可以是0.5-60兆赫兹(mhz)。

尽管衬底处理系统100主要被描述为使用icp源操作，但是衬底处理系统100还可以或替代性地操作为电容耦合等离子体(ccp)反应器和/或平行板反应器，其中衬底支撑件122的rf电极用作下板，并且喷头128或等离子体源的室构件用作上板，具体取决于是否包括喷头128。

现在还参考图2，图2示出了衬底处理室的上部200的透视截面图。上部200可以替代图1的上部118，并且可以被称为等离子体源的室部分或构件。上部200可以由陶瓷、石英和/或其他合适的电介质材料形成。上部200可以被称为“压扁的”室部分。上部200不是圆顶形、球形或半球形。上部200包括侧壁202、过渡构件204、顶壁206和注射器连接构件208。虽然示出为单个元件，但是上部200可以包括多个不同的元件。例如，元件202、204、206、208可以单独形成并连接在一起，或者可以形成为单个元件的一部分，如图所示。

侧壁202可以是圆筒形并且相对于衬底处理系统100的第一环形支撑件121、衬底支撑件122和/或其他水平定向元件在竖直方向上定向。过渡构件204将侧壁202连接到顶壁206并且在侧壁202和顶壁206之间设置角度α。角度α可以在100-145°之间，具体取决于角度α从顶壁的哪个部分确定。在一个实施方式中，角度α为115-135°。顶壁206的横截面和/或顶壁206的横截面的一部分可以是半直线形或直线形。顶壁206在过渡构件204和注射器连接构件208之间延伸。顶壁206可以是凹形的和/或半球形的。顶壁206不是球形的。元件202、204、206和/或208可以具有相同的厚度。

在另一个实施方式中，侧壁202和顶壁206之间的角度α可以小于图2所示的角度，和/或顶壁206的横截面可以比图2所示的具有较高程度的直线形(morelinear-shaped)。顶壁的横截面在过渡构件204和注射器连接构件208之间可以是直线形。因此，上部200的顶部在形状上可以比图2所示的更平坦。

现在参见图3-4，其示出了传统等离子体源的圆顶形室部分220和本文公开的等离子体源的室部分230的横截面视图。圆顶状室部分220可以具有的中心高度与下内径的比率为0.6。中心高度是指(i)圆顶形室部分220的底部或支撑板222的顶表面与(ii)注射器224的底部之间的高度。下内径指的是在圆顶形室部分220的底部的内径。下内径由箭头225示出。根据侧壁232的高度，室部分230可具有的中心高度与下内径的比率为0.25-0.5。中心高度是指(i)室部分230的底部或支撑板234的顶表面与(ii)注射器236的底部之间的高度。下内径由箭头235表示。在一个实施方式中，室部分230的中心高度与下内径的比率为0.35-0.45。在另一个实施方式中，中心高度与下内径的比率为0.4。在一个实施方式中，下内径235大于或等于在室部分230下方被处理的衬底的直径。

圆顶形室部分220可具有的外部高度与中心高度的比率为0.18。室部分230可具有的外部高度与中心高度的比率为0.4-0.85。在一个实施方式中，室部分230可具有的外部高度与中心高度的比率为0.5-0.6。在另一个实施方式中，室部分230可具有的外部高度与中心高度的比率为0.55。圆顶形室部分220的外部高度是指(i)圆顶形室部分220的底部或支撑板222的顶表面和(ii)沿着圆顶形室部分220的内表面的点(示出了示例性点237)处的高度之间的高度，在该点处圆顶形室部分220开始向内弯曲。外部高度和中心高度由箭头226和228表示。室部分230的外部高度可以指(i)室部分230的底部或支撑板222的顶表面和(ii)沿着室部分230的内表面的点(示出了示例点239)处的高度之间的高度，在该点处室部分230开始向内弯曲。外部高度可以等于侧壁232的高度。外部高度和中心高度由箭头238、240表示。

图5示出了包括上部200、中心(内)线圈252和外(边缘)线圈254的等离子体源250。中心线圈252位于室构件251的中心区域上方，围绕注射器256和注射器连接构件258，并且在等离子体源250的顶部附近。外线圈254位于侧壁260周围，在等离子体源250的底部附近。线圈252、254提供等离子体密度的径向控制。椭圆262表示产生的等离子体。

本文公开的等离子体源的室部分的几何形状在等离子体源的外边缘附近提供良好的等离子体生成，这是由于外线圈被从产生的等离子体径向向外地放置。几何形状还使得能够使用位于等离子体源的中心区域附近和上方的中心线圈来良好地控制在室部分的中心附近的等离子体密度。这些配置还将中心等离子体定位成更靠近衬底，从而减少(i)等离子体在中心区域的停留时间，并且作为结果减小(ii)中心区域中的等离子体与衬底边缘附近的等离子体之间的停留时间的差异。在中心区域中减少的停留时间防止在较长停留时间期间可能发生的等离子体的变化。例如，当产生等离子体时，可以分离原子。在较长的停留时间期间，一些原子可能复合，从而降低等离子体的效率。

由于支持在具有较薄壁厚度的衬底处理室的上部上的压力的能力，所以所公开的压扁形设计还允许线圈比扁平tcp构造更接近等离子体。例如，图2的元件202、204、206、208的厚度可以比扁平tcp构造的壁或介电窗厚度更薄。元件202、204、206、208可以具有0.4-0.6英寸的厚度。在一个实施方式中，元件202、204、206、208中的每一个的厚度为0.5英寸。等离子体源的较薄的上部使得线圈更靠近等离子体放置，这增加了互感和等离子体源功率效率，因为可以向线圈供应较少的电流。

压扁的圆顶形状提供了具有良好均匀性和径向调谐等离子体密度的能力的有效等离子体源。本文公开的等离子体源由于改善的均匀性特性而提供具有增加的产品产量的较小的设备占地面积(footprint)。

图6示出了串联线圈配置280。串联线圈配置280包括一个或多个内(或中心)线圈282、第一电容284、一个或多个外(或边缘)线圈286和第二电容288。内线圈282可以是图5的中心线圈252。外线圈286可以是图5的边缘线圈260。内线圈282可以在端子290处从电源(例如图1的rf发生器172)接收电流。第二电容可以连接到接地端子292。线圈282、286以串联配置与电容284、288连接，以平衡相对于地的线圈端部附近的电压。可以在端子290和接地端子292之间改变组件的串联顺序。

作为替代，本文公开的任何等离子体源的内线圈和外线圈可以以如图7所示的并联配置连接。外线圈300被示出与第一电容302串联连接。内线圈304示出为与第二电容306串联连接。并联配置允许独立于内线圈304来控制外线圈300。外线圈300可以接收与线圈304不同的电压和/或电流量。电源端子310、312被示出并且可以连接到图1的匹配网络174。电容302、306可以连接到地。可以在端子310、312和接地端子314之间改变部件的串联顺序。

图8示出了具有独立控制的线圈322、324的等离子体源的室部分320。线圈322和第一电容c1可以串联连接。线圈324和第二电容c2可以串联连接。线圈322和电容c1与线圈324和电容c2并联连接。电源326可以包括图1的rf发生器172和匹配网络174，并且独立地向线圈322、324供电。在一个实施方式中，线圈322、324以这样的方式供电，使得通过线圈322的功率与通过线圈324的功率的比率被控制以改变跨越衬底的等离子体的径向密度。

图9示出了保护外壳340的一部分。等离子体源342位于保护外壳340内并具有上室部分344。保护外壳340包括接地隔离屏蔽件346。接地隔离屏蔽件346将保护外壳340的内部分成第一区域350和第二区域352。诸如电容等的rf组件(例如，图6-8的电容和/或其他rf组件)位于第一区域350中。包括上室部分344和线圈354、356的等离子体源342位于第二区域352中。

如图所示，电容位于接地屏蔽件346上方，并且等离子体源342位于接地屏蔽件346下方。接地屏蔽件346将由位于接地屏蔽件346上方的rf部件产生的电磁场以及相应的连接与等离子体源342隔离。

连接器销360可以包括在第一区域350中，并且连接到和/或插入图1的匹配网络174和/或图8的电源326。销360可以通过绝缘体362插入室340的顶壁364中。销360可以连接到电容(示出了示例电容364)。

图10示出了包括扩散器372的等离子体源的室部分370。扩散器372可以包括用于接收气体的一个或多个通道，并且具有用于将接收到的气体扩散到室部分370中的开口。如果仅包括一个通道，则所接收的气体可以被提供给扩散器372中的所有孔。如果包括多于一个通道，则每个通道中的气体可以被提供给扩散器372中的相应孔。扩散器372可以具有任何数量的孔。结果，每种注入的气体可以从扩散器372的一个或多个孔通过并且进入室部分370。

图11示出了包括扩散器382和侧向上注射器384的等离子体源的室部分380。在另一个实施方式中，到室部分380中的气体注射可以来自扩散器382中的一个或多个孔和/或来自一个或多个侧向上注射器(例如，侧向上注射器384)。

图12示出了包括扩散器392和侧向下注射器394的等离子体源的室部分390。在一个实施方式中，到等离子体源下方的气体注射可以来自侧向下注射器394，侧向下注射器394将气体注射到等离子体源390和/或喷头396下方并且进入衬底处理室。这种构造允许以不同的角度进行侧注射，以用于注射到衬底上方的不同区域中。这种构造还允许独立控制到等离子体源中的气体注射。

图13示出了等离子体源的室部分400，其包括扩散器402、侧向下注射器404和分配板(或喷头)406。侧向下注射器404向分配板406提供气体，而不是注入气体到等离子体源下方，到分配板406下方并进入对应的衬底处理室。这种构造还允许独立控制到等离子体源和衬底处理室中的气体注射。

图14示出了喷头420的仰视图。喷头420可以代替本文公开的其它喷头，并且可以具有孔422的图案。孔422可以具有大于预定直径的直径。具有所述直径的孔的图案使在(i)等离子体源中的区域和(ii)喷头420与衬底之间的区域之间的气体和/或等离子体的流动阻力最小化。

图15示出了包括绝缘体432，接地屏蔽件434、rf电极436和衬底438的基座430。rf电极可以包括静电卡盘。开放区域437可以处于大气压，并且可以存在于(i)绝缘体432之间，以及(ii)rf电极436和接地屏蔽件434之间。绝缘体432和rf电极436设置在接地屏蔽件434中。结果，rf电极436的基座侧面和底部通过接地屏蔽件434与衬底处理室的内部隔离，这防止在基座430的侧面上或下面形成寄生等离子体。基座430可以替代图1的衬底支撑件122。

图16示出了包含升降销450和c形环452的基座430。升降销450用于相对于基座430升高和降低c形环452。升降销450位于rf电极436的径向外侧，并且可以在导向件451内滑动，导向件451可以在绝缘体432中的一个或多个中。rf电极436、c形环452和衬底438可以相对于中心线455在基座430上或在基座430内居中，中心线455竖直延伸穿过基座。

提供c形环452以相对于基座430升高和降低衬底(例如，衬底438)。c形环452可以具有与衬底相同的厚度或比衬底大的厚度，并且具有锥形或台阶状内表面453，当衬底设置在c形环452上时，该内表面与衬底接触。内表面453可以成形为接收和保持衬底。衬底的外径可以与内表面453的内径匹配。升降销450可以在z方向(或竖直地)平移或者基座430可以在z方向平移以移动c形环452以及因此相对于基座430移动衬底。如果基座430在z方向上移动，则升降销450的底部可以与衬底处理室的底部接触并且使升降销450相对于基座430向上移动，从而将衬底438提升离开基座。衬底438相对于基座430的移动和c形环452的形状使得衬底438能够经由衬底传送板(或桨)被放置在基座430上以及从基座430移除。升降销450位于rf电极436的外部，并且不在衬底438下方。传送板可以横向插入到c形环452的开口端中。

升降销450可以经由一个或多个气动、电气和/或机械致动器(示出了单个致动器460)平移，该致动器可以位于基座430内，并且作为示例在rf电极436下方。控制器176可以连接到升降销450并控制升降销450相对于基座430的位置。致动器和/或相应的致动器组件中的每一个可以包括低压螺线管、低压电动机、气动马达、连杆机构(linkage)等等。

将升降销450并入rf电极436的外部提供了rf电极436中改善的热均匀性和rf均匀性。这是因为rf电极436不具有针对升降销的孔，并且气体不能在rf电极436的与升降销相关联的孔内电离，如与传统基座一样。由于升降销450不在rf电极436中并且经由绝缘体432与rf电极436绝缘，因此在升降销区域中的电弧放电的风险也较小。这提高了系统可靠性。

图17示出了包括基座430、马达472和驱动螺杆组件474的基座系统470。图1的衬底支撑件122可以包括和/或实现为基座430。基座430可以通过马达472和驱动螺杆组件474在z方向上移动。马达472可以由控制器176控制。rf电极436可以连接到匹配网络476，匹配网络476可以从图1的rf发生器172接收rf功率。当基座430向下移动时，升降销450可以撞击壁架(ledge)478，从而提升c形环452和衬底438。

对于图1的衬底处理系统100的控制器和/或其他装置的进一步限定的结构，参见下文提供的图18的方法和以下提供的术语“控制器”的定义。衬底处理系统100可以使用多种方法来操作，示例性方法在图18中示出。在图18中，示出了操作衬底处理系统的方法。虽然主要关于图1-17的实现方案描述了以下任务，但可以容易地修改任务以应用于本公开的其他实现方案。可以迭代地执行任务。

该方法可以从500开始。在502，将衬底布置在下室区域102中的衬底支撑件(例如，衬底支撑件122或基座430)上。这可以通过在z方向上移动基座430和/或c形环452，使得c形环452移动离开基座430和/或rf电极436，并且允许衬底被设置在c形环452上。一旦衬底设置在c形环452上时，c形环452可以朝向基座430和/或rf电极436移动。衬底可以包括包含一个或多个膜层的多个层。一个或多个膜层，例如由sin形成的半导体膜层。

在504，通过气体输送系统150-1和/或150-2经由气体注射器142向上室区域104提供一种或多种蚀刻气体和/或一种或多种蚀刻气体混合物。蚀刻气体混合物可以包括蚀刻前体，例如四氟化碳(cf4)、六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)和/或其他蚀刻前体。

在506，在上室区域104中激励等离子体。在508处，经由rf发生器186和匹配网络188向衬底支撑件可选地提供rf偏置。在510，控制器176可以确定预定的蚀刻周期是否已经结束。如果蚀刻周期已经结束，则执行任务512。在512，当预定的蚀刻周期结束时，等离子体熄灭。在514，如果使用了rf偏置，则终止rf偏置。在515，可以从基座430移除衬底。这可以包括致动基座和/或c形环452以将衬底移动离开基座430和/或rf电极436。然后可以经由传送板(或桨)从c形环452移除衬底。该方法可以在516结束。

上述任务意在是说明性示例；可以根据应用顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段期间或以不同的顺序执行任务。此外，取决于实现方案和/或事件序列，可以不执行或跳过任何任务。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方式在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方式描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方式的特征中实现和/或与任何其它实施方式的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式彼此的置换保持在本公开的范围内。

使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上方”、“在...下方”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“a、b和c中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(or)的逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为表示“a中的至少一个、b中的至少一个和c中的至少一个”。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括工艺气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(rf)发生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、进出工具和其他输送工具和/或连接到特定系统或与特定系统接口的装载锁的晶片输送。

概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用终点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式输送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或在晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分中，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、从多个制造操作研究趋势或性能度量，以改变当前处理的参数、设置要跟随当前处理的处理步骤、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户接口，然后将该参数和/或设置从远程计算机输送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个离散控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)定位的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。