本文中描述的实施例大体涉及一种基板处理设备，并且更特定地涉及一种用于基板处理设备的改进的工艺套件。
背景技术：
随着半导体技术节点进步使器件几何结构大小减小，基板边缘临界尺寸均匀性要求变得更加严格并且影响裸片良率。商用等离子体反应器包括用于控制跨基板的工艺均匀性(例如，诸如温度、气流、rf功率，等等)的多个可调谐旋钮。通常，在蚀刻工艺中，硅基板在被静电夹紧到静电卡盘的同时被蚀刻。
在处理期间，被搁置在基板支撑件上的基板可能经历在基板上沉积材料并且将材料的部分从基板去除、或蚀刻掉(通常以连续工艺或交替工艺进行)的工艺。具有跨基板表面的均匀的沉积和蚀刻速率通常是有益的。然而，跨基板表面常常存在工艺的不均匀性，并且这种工艺的不均匀性可能在基板的周边或边缘处是显著的。这些在周边处的不均匀性可归因于电场终止影响，并且有时称为边缘效应。在沉积或蚀刻期间，有时提供含有至少沉积环的工艺套件以有利地影响在基板周边或边缘处的均匀性。
因此，一直需要一种用于基板处理设备的改进的工艺套件。
技术实现要素：
本文中描述的实施例大体涉及一种基板处理设备。在一个实施例中，本文中公开了一种用于基板处理腔室的工艺套件。工艺套件包括：环；可调整调谐环；以及致动机构。环具有第一环部件和第二环部件。第一环部件与第二环部件对接，使得第二环部件相对于第一环部件是可移动的，从而在这两者之间形成间隙。可调整调谐环被定位在环下方并且接触第二环部件的底表面。可调整调谐环具有顶表面和底表面。可调整调谐环的顶表面接触第二环部件。致动机构与可调整调谐环的底表面对接。致动机构被配置为致动可调整调谐环，使得第一环部件与第二环部件之间的间隙变化。
在另一实施例中，本文中公开了一种处理腔室。处理腔室包括基板支撑构件和工艺套件。基板支撑构件被配置为支撑基板。工艺套件由基板支撑构件支撑。工艺套件包括：环；可调整调谐环；以及致动机构。环具有第一环部件和第二环部件。第一环部件与第二环部件对接，使得第二环部件相对于第一环部件是可移动的，从而在这两者之间形成间隙。可调整调谐环被定位在环下方并且接触第二环部件的底表面。可调整调谐环具有顶表面和底表面。可调整调谐环的顶表面接触第二环部件。致动机构与可调整调谐环的底表面对接。致动机构被配置为致动可调整调谐环，使得第一环部件与第二环部件之间的间隙变化。
在另一实施例中，本文中公开了一种处理基板的方法。将基板定位在设置于基板处理腔室中的基板支撑构件上。在基板上方创建等离子体。通过致动与边缘环的部件对接的可调整调谐环来调整该部件的高度，以便改变在基板的边缘处的离子的方向。
附图说明
因此，为了详细理解本公开内容的上述特征结构所用方式，上文所简要概述的本公开内容的更特定的描述可以参考实施例进行，一些实施例示出在附图中。然而，应当注意，附图仅示出了本公开内容的典型实施例，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其它等效实施例。
图1是根据一个实施例的处理腔室的截面图。
图2a是根据一个实施例的图1的处理腔室的放大局部截面图。
图2b是根据一个实施例的图1的处理腔室的放大局部截面图。
图3是根据一个实施例的图1的处理腔室的一部分的简化截面图，其描绘了两个电容路径。
图4a是根据一个实施例的图1的处理腔室的一部分的简化截面图，其示出了本公开内容的另一优点。
图4b是根据一个实施例的图1的处理腔室的一部分的简化截面图，其示出了本公开内容的另一优点。
为了清楚起见，已尽可能使用相同参考数字指定各图所共有的相同要素。另外，一个实施例中的要素可有利地适于用于本文中描述的其它实施例中。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的具有可调整调谐环150的处理腔室100的截面图。如图所示，处理腔室100是适于蚀刻基板(诸如基板101)的蚀刻腔室。可适于从本公开内容受益的处理腔室的示例是可从位于加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(appliedmaterials,inc.,santaclara,california)商购的
处理腔室100可以用于各种等离子体工艺。在一个实施例中，处理腔室100可以用于利用一种或多种蚀刻剂执行干法蚀刻。例如，处理腔室可以用于点燃来自前体cxfy(其中x和y可以是不同允许组合)、o2、nf3或以上项的组合的等离子体。
处理腔室100包括腔室主体102、盖组件104和支撑组件106。盖组件104定位在腔室主体102的上部端部处。支撑组件106出现在由腔室主体102限定的内部容积108中。腔室主体102包括形成在其侧壁中的狭缝阀开口110。狭缝阀开口110选择性地打开和关闭以允许基板搬运机器人(未示出)进入内部容积108。
腔室主体102可进一步包括衬里112，衬里112包围支撑组件106。衬里112可移除以进行维修和清洁。衬里112可由诸如铝的金属、陶瓷材料或任何其它工艺相容材料制成。在一个或多个实施例中，衬里112包括一个或多个孔隙114和形成在其中的抽吸通道116，抽吸通道与真空端口118流体连通。孔隙114提供用于使气体进入抽吸通道116的流路。抽吸通道116提供用于使腔室100内的气体通向真空端口118的出口。
真空系统120耦接到真空端口118。真空系统120可以包括真空泵122和节流阀124。节流阀124调节通过腔室100的气体的流量。真空泵122耦接到设置在内部容积108中的真空端口118。
盖组件104包括至少两个堆叠部件，该至少两个堆叠部件被配置为两者之间形成等离子体容积或空腔。在一个或多个实施例中，盖组件104包括第一电极126(“上部电极”)，第一电极垂直地设置在第二电极128(“下部电极”)上方。上部电极126和下部电极128两者之间约束等离子体空腔130。第一电极126耦接到电源132，诸如rf电源。第二电极128连接到接地，从而在两个电极126、128之间形成电容。上部电极126与气体入口134流体连通。一个或多个气体入口134的第一端部通向等离子体空腔130。
盖组件104还可包括将第一电极126与第二电极128电隔离的隔离环136。隔离环136可由氧化铝或任何其它绝缘处理相容材料制成。
盖组件还可包括气体分配板138和阻挡板140。可将第二电极128、气体分配板138和阻挡板140堆叠并且设置在耦接到腔室主体102的盖边缘142上。
在一个或多个实施例中，第二电极128可以包括多个气体通路144，这些气体通路形成在等离子体空腔130下方，以便使来自等离子体空腔130的气体从中流过。气体分配板138包括多个孔隙146，这些孔隙被配置为分配气流从中穿过。阻挡板140可以可选地设置在第二电极128与气体分配板138之间。阻挡板140包括多个孔隙148，用于提供从第二电极128到气体分配板138的多个气体通路。
支撑组件106可以包括支撑构件180。支撑构件180被配置为支撑基板101以便进行处理。支撑构件180可通过轴184耦接到升降机构182，轴184延伸穿过腔室主体102的底表面。升降机构182可由波纹管186来柔性密封到腔室主体102，波纹管防止轴184四周真空泄漏。升降机构182允许支撑构件180在腔室主体102内在下部传送部分与多个升高工艺位置之间垂直移动。另外，一个或多个升降杆188可以穿过支撑构件180而设置。一个或多个升降杆188被配置为延伸穿过支撑构件180，使得基板101可以从支撑构件180的表面升高。一个或多个升降杆188可通过升降环190而活动。
图2a是根据一个实施例的处理腔室100的一部分的局部截面图，其示出了设置在支撑构件180上的工艺套件200。支撑构件180包括静电卡盘202、冷却板(或阴极)204和基部206。冷却板204设置在基部206上。冷却板204可以包括多个冷却通道(未示出)以使冷却剂穿过其中而循环。冷却板204可通过粘合剂或任何合适机构与静电卡盘202啮合。一个或多个电源208可耦接到冷却板204。静电卡盘202可以包括一个或多个加热器(未示出)。一个或多个加热器可以是可独立控制的。一个或多个加热器使得静电卡盘202能够从基板101的底表面将基板101加热到期望温度。
工艺套件200可被支撑在支撑构件180上。工艺套件200包括边缘环210，边缘环210具有环形主体212。环形主体212分成两个边缘环部件214、216。两个边缘环部件214、216彼此对接，使得部件216相对于部件214是可移动的。第一边缘环部件214包括顶表面218、底表面220、内缘222和外缘224。顶表面218基本上平行于底表面220。内缘222基本上平行于外缘224，并且基本上垂直于底表面220。在一些实施例中，第一边缘环部件214还包括了限定在其中的阶梯状的表面226。在所示出的实施例中，阶梯状的表面226形成在外缘224中，使得阶梯状的表面226基本上平行于底表面220。阶梯状的表面226限定用于接收第二边缘环部件216的凹部。一般而言，第一边缘环部件214的高度受到静电卡盘202的高度限制。例如，第一边缘环部件214的内缘222不延伸到静电卡盘202的高度上方。因此，第一边缘环部件214保护静电卡盘202的一侧。在一些实施例中，当定位在静电卡盘202上时，基板101部分地延伸到第一边缘环部件214上方。
第二边缘环部件216包括顶表面228、底表面230、内缘232和外缘234。顶表面228基本上平行于底表面230。内缘232基本上平行于外缘234，并且基本上垂直于底表面230。在一个实施例中，第二边缘环部件216经由底表面230与第一边缘环部件214对接。例如，第二边缘环部件216的底表面230与第一边缘环部件214的阶梯状的表面226对接。在另一实施例中，第二边缘环部件216还可包括限定在其中的阶梯状的表面236。在所示出的实施例中，阶梯状的表面236形成在内缘232中，使得阶梯状的表面236与第一边缘环部件214的阶梯状的表面226对接。当与第一边缘环部件214对接时，第二边缘环部件216的内缘232与基板101间隔开来。例如，第二边缘环部件216的内缘232可以与基板101间隔开在约0.02mm与约0.1mm之间的距离。
在一个实施例中，当对接时，第一边缘环部件214和第二边缘环部件216形成连续底表面238和连续顶表面240。在另一实施例中，当对接时，第一边缘环部件214和第二边缘环部件216不会形成连续底表面238或连续顶表面240。相反，在一些实施例中，第一边缘环部件214的顶表面218可以高于第二边缘环部件216的顶表面228。在其它实施例中，第二边缘环部件216的底表面230可安置在第一边缘环部件214的底表面220下方。因此，在一些实施例中，第一边缘环部件214和第二边缘环部件216不会形成连续的顶表面或底表面。
工艺套件还包括具有顶表面254和底表面256的可调整调谐环150。可调整调谐环150可由诸如铝之类的导电材料形成。可调整调谐环150设置在边缘环210下方。例如，可调整调谐环150设置在第二边缘环部件216下方。可调整调谐环150接触边缘环210的底表面238。例如，可调整调谐环150接触第二边缘环部件216的底表面230。在一个实施例中，可调整调谐环150沿着静电卡盘202和冷却板204的长度向下延伸，使得可调整调谐环150的高度基本上等于静电卡盘202和冷却板204的组合高度。因此，可调整调谐环150能够将来自冷却板204的功率耦合到边缘环210。
可调整调谐环150可以环绕冷却板204，从而形成侧向间隔开的间隙258。在一个示例中，侧向间隔开的间隙258大于0英寸而小于或等于0.03英寸。可调整调谐环150与升降杆260对接。例如，升降杆260可与可调整调谐环150可操作地耦接。升降杆260由升降机构182驱动。在一些实施例中，升降杆260可由独立于升降机构182的升降机构(未示出)驱动。升降机构182允许可调整调谐环150在腔室100内垂直移动。由于调谐环150的垂直移动，升降机构182升高第二边缘环部件216。第二边缘环部件216可升高到第一边缘环部件214上方，从而在第一边缘环部件的阶梯状的表面与第二边缘环部件的阶梯状的表面之间形成间隙(图4b中的299)。
在一个实施例中，可调整调谐环150可以包括形成在可调整调谐环150的顶表面254上的涂层263。例如，涂层263可以是氧化钇涂层或凝胶状涂层。涂层263用于限制等离子体与可调整调谐环150之间的化学反应，并且因此限制颗粒形成和环损坏。在另一实施例中，一个或多个电介质垫(例如，特氟龙垫)306被定位在边缘环210与静电卡盘之间，边缘环210安置在静电卡盘上。
在另一实施例(诸如图2b中示出的实施例)中，可调整调谐环150可以手动移动，从而消除对升降杆260的需要。调谐环150可以包括空腔262和形成在其中的进出孔口264。进出孔口264从可调整调谐环150的顶部形成，并且向下延伸到空腔262中。进出孔口264具有第一直径266，第一直径266小于空腔262的第二直径268。空腔262形成在进出孔口264下方。空腔262向下形成到调谐环150的底部。空腔262被配置为容纳螺钉270。螺钉270可以经由六角扳手(未示出)转动，例如，从而经由进出孔口264延伸到空腔262中，使得螺钉270可以升高/降低调谐环150。
结合图2a和图2b而讨论的，工艺套件200还可包括石英环272。石英环272包括环状主体274，环状主体274具有顶表面276、底表面278、内缘280和外缘282。顶表面276基本上平行于底表面278。内缘280基本上平行于外缘282，并且基本上垂直于底表面278。内缘280邻近可调整调谐环150和边缘环210而定位。
图3是根据一个实施例的图1的处理腔室的一部分的简化截面图，其描绘了两个电容。功率可以从阴极204沿着穿过两个电容302、304的两条路径耦合到边缘环210。耦合的功率量取决于相对于在环210与等离子体之间的电容305的沿着这两条路径的电容。根据等离子体条件，电容305可以变化。例如，电容305可以从5pf变化达到150pf。在另一示例中，在可调整调谐环150上下移动时，电容304可以因在两个边缘环部件214、216之间形成平行板电容器而在约10pf与约500pf之间变化。当可调整调谐环150上下移动时，电容302也会变化，因为可调整调谐环150与阴极204之间存在重叠区域。可调整调谐环150和阴极204的定位形成平行板电容器。在可调整调谐环150上下移动时，可调整调谐环150与阴极204之间的重叠区域变化，这导致了电容302变化。然而，电容302变化是有限的，因为垂直移动的幅度相对于可调整调谐环150与阴极204重叠的长度是小的。例如，垂直移动的幅度可以为约0mm至约2mm，而可调整调谐环150的重叠阴极的长度为约3cm。因此，电容302保持高于某阈值量。例如，电容302可以保持高于1000pf。因此，在阴极204与边缘环210之间的电容(其为电容302和304的总和)总是至少比电容305高一个量级。因此，边缘环210的电位vdc保持近似恒定。例如，电位变化可能不超过5％。维持施加到边缘环210的电压vdc恒定允许控制围绕基板101和边缘环210的等离子体壳层。它的效应在下文中结合图4更详细地讨论。
图4示出了根据一个实施例的处理腔室100的一部分，其示出了本公开内容的另一优点。电压vdc可以用于控制在基板101的边缘406处的等离子体壳层404轮廓，以便补偿在基板边缘406处的临界尺寸均匀性。等离子体壳层404是由空间电荷形成的强电场的薄区域，它将等离子体主体结合到其材料边界。在数学上，壳层厚度d由child-langmuir方程表示：
其中i是离子电流密度，ε是真空的介电常数，e是基本电荷，vp是等离子体电位，而vdc是dc电压。
在蚀刻反应器情况下，在等离子体与正被蚀刻的基板101、腔室主体102以及处理腔室100的与等离子体接触的其它部分之间形成等离子体壳层404。等离子体中产生的离子在等离子体壳层中加速并且垂直于等离子体壳层而移动。控制vdc(即，控制施加到边缘环210的电压)影响壳层404的厚度d。壳层404的壳层厚度d可相对于边缘环210进行测量。例如，图4a和图4b中描绘了厚度d。在所示出的实施例中，致动可调整调谐环150使第二边缘环部件216升高。由于vdc保持恒定，因此在边缘环210上方的壳层厚度保持恒定。因此，致动可调整调谐环150使壳层404垂直升高而不影响壳层厚度。因此，移动可调整调谐环150影响在基板101的边缘406处的壳层404的形状，这进而控制等离子体离子的方向。
图4b示出了图4a的处理腔室100的部分，其中第二边缘环部件216处于升高位置。如图所示，并且如图4a所讨论的，升高可调整调谐环150使第二边缘环部件216升高，这进而使壳层404升高。由于电位vdc因近似固定电容302而保持近似恒定，因此壳层404的厚度d始终保持恒定。
返回参考图1，对可调整调谐环的控制可由控制器191控制。控制器191包括可编程的中央处理单元(cpu)192，cpu192可与存储器194以及大容量存储装置、输入控制单元和显示单元(未示出)一起操作，诸如电源、时钟、高速缓存、输入/输出(i/o)电路和衬里，耦接到处理系统的各种部件以便促成对基板处理的控制。
为了促成对上述腔室100的控制，cpu192可以是可在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器中的一种，诸如可编程逻辑控制器(plc)，用于控制各种腔室和子处理器。存储器194耦接到cpu192，并且存储器194是非暂态的，而且可以是容易获得的存储器中的一种或多种，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘驱动器、硬盘或任何其它形式数字存储装置(本地的或远程的)。支持电路196耦接到cpu192，以便以常规的方式支持处理器。带电荷的物质生成、加热和其它工艺一般存储在存储器194中，通常是作为软件例程。软件例程还可以由位置远离由cpu192控制的处理腔室100的第二cpu(未示出)存储和/或执行。
存储器194呈含有指令的计算机可读存储介质的形式，所述指令在由cpu192执行时促成腔室100的操作。存储器194中的指令呈程序产品的形式，诸如实现本公开内容的方法的程序。程序代码可符合许多不同编程语言中的任一种。在一个示例中，可将本公开内容实现为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的程序限定实施例的功能(包括本文中描述的方法)。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)其上永久存储信息的不可写入存储介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可由cd-rom驱动器读出的cd-rom盘、闪存、rom芯片或任何类型固态非易失性半导体存储器)；以及(ii)其上存储可更改的信息的可写入的存储介质(例如，磁盘驱动器内的软盘或硬盘驱动器或任何类型固态随机存取半导体存储器)。在执行指示本文中描述的方法的功能的计算机可读指令时，此类计算机可读存储介质是本公开内容的实施例。
尽管前述内容针对特定实施例，但是也可在不脱离本发明的基本范围的情况下构想其它和进一步实施例，并且本发明的范围是由随附的权利要求书确定。
元件符号列表
100腔室(5)
101基板(8)
102腔室主体(10)
104盖组件(5)
106支撑组件(4)
108内部容积(3)
110狭缝阀开口(2)
112衬里(4)
114孔隙(2)
116抽吸通道(3)
118真空端口(4)
120真空系统(2)
122真空泵(2)
124节流阀(2)
126第一电极(3)
128下部电极
130等离子体空腔(4)
132电源
134气体入口
136隔离环(2)
138气体分配板(5)
140阻挡板(4)
142盖边缘
144气体通路
146孔隙
148孔隙
150调谐环(26)
180支撑构件(10)
182升降机构(3)
183升降机构(4)
184轴(2)
186波纹管
188升降杆(3)
190升降环
191控制器(2)
192cpu(5)
194存储器(6)
196支持电路
200工艺套件(4)
202静电卡盘(6)
204阴极
206基部(2)
208电源
210边缘环(15)
212环状主体(2)
214第一部件
216第二部件
218顶表面(2)
220底表面(4)
222内缘(2)
224外缘(3)
226阶梯状的表面(5)
228顶表面(2)
230底表面(3)
232内缘(3)
234外缘(2)
236阶梯状的表面(3)
238连续底表面
240连续顶表面
254顶表面(2)
256底表面
258侧向间隔开的间隙(2)
260升降杆(5)
262空腔(7)
263涂层(3)
264进出孔口(5)
266第一直径
268第二直径
270螺钉(3)
272石英环(2)
274环形主体
276顶表面(2)
278底表面(3)
280内缘(3)
282外缘(2)
302固定电容(3)
304电容
404等离子体壳层
406边缘