[发明专利]具有大表面面积的接地限制环

说明书

根据35U.S.C.sctn.119(e)，本申请主张享有申请号为61/166,980，申请日为2009年4月6日的美国临时专利申请的利益，在此合并该申请的全部公开内容作为参考。

背景技术

半导体制造工业更加强调节约成本以补偿不断减少的利润率。高深宽比接触刻蚀器的发展要求在衬底表面有极高的离子能。

在等离子体刻蚀工艺中使用极高离子能的要求进一步将最大化生产量同时又要最小化等离子体反应器部件的维持费用的问题复杂化。特别地，当用高能离子在反应腔内撞击晶片表面时，暴露于等离子体的反应器内部也会被高能离子撞击，因此增加了反应器部件的损耗率。

图1是惯用小体积腔刻蚀过程中惯用小体积腔晶片处理系统的横截面示意图。矩形横截面系统100包括接地上限制腔部分102、接地下限制腔部分104、可移动悬浮限制环108、静电卡盘(ESC)106、与ESC 106连接的射频(RF)驱动器110和排气部分114。等离子体形成空间112受ESC 106、接地上限制腔部分102、接地下限制腔部分104和可移动悬浮限制环108的限制。

在边界120，接地上限制腔部分102被配置为能与接地下限制腔部分104拆分，如箭头所示。拆分后，可以维护或替换可移动悬浮限制环108，进一步地，可以放置晶片到ESC上进行处理。

当等离子体与负偏压表面接触时，比如电极或壁，在等离子体与该表面之间就会出现强的局部电场。该边界层称为“等离子体鞘”，它为低电子密度区域，并充当加速从等离子体到电极或壁表面的离子的介质。当加速离子穿过等离子体鞘时离子获得的能量控制等离子体周围表面的物理和化学过程。

在刻蚀工艺中，厚度t1122的等离子体鞘118形成于等离子体116和暴露于等离子体形成空间112(接地上限制腔部分102、接地下限制腔部分104、可移动悬浮限制环108和ESC 106)周围的固体表面之间。为了解释简单，假定对于小体积晶片处理系统100，ESC 106的电极面积大约与暴露于等离子体形成空间112(接地上限制腔部分102、接地下限制腔部分104和可移动悬浮限制环108)的接地表面的电极面积相同。如果ESC 106和暴露于等离子体形成空间112的接地表面的相对电极面积非常不同，等离子体116和ESC106之间的等离子体鞘将不同于等离子体116和接地表面之间的等离子体鞘。稍后将更细节地讨论确定等离子体鞘的电极面积的作用。

在图中，晶片124通过静电力被保持在ESC 106上。当等离子体形成空间112中压强下降时，通过RF驱动器110在ESC106和接地部分(接地上限制腔部分102、接地下限制腔部分104和可移动悬浮限制环108)之间提供电压差。进一步地，通过刻蚀材料源(未示出)将刻蚀材料供应到等离子体形成空间112里。等离子体形成空间112内的压强和由RF驱动器110造成的电压差被设置为使得供应到等离子体形成空间112内的刻蚀材料创建等离子体116。等离子体116对等离子体形成空间112内的材料进行刻蚀，包括对晶片124蚀刻。

如前面所讨论的，厚度t1122的等离子体鞘118在等离子体116和接地上限制腔部分102的底表面126、可移动悬浮限制环108的内表面、接地下限制腔部分104的顶表面130以及ESC 106之间延伸。当对电极106施加RF电压时，形成了等离子体且通过等离子体鞘118加速等离子体116内的离子来执行刻蚀过程。

在刻蚀过程中，通常需要极高的离子能。通过对ESC 106增加由RF驱动器110提供的施加RF电压，能获得极高的离子能。等离子体116的离子能由晶片124和等离子体116之间的电势差确定。晶片直流(DC)偏压与ESC 106和接地上限制腔部分102、可移动悬浮限制环108和接地下限制腔部分104之间的电极面积比有关。直流偏压也直接与等离子体116相对于接地表面(接地上限制腔部分102、可移动悬浮限制环108和接地下限制腔部分104)的电势和等离子体116相对于晶片124之间的电势之间的偏差有关。电极面积与其相应的晶片直流偏压将会在下面更详细地讨论。