[发明专利]具有可调节电容的等离子体处理系统的方法和装置

说明书

本申请是申请日为2008年6月23日，申请号为200880022113.4，申请人为朗姆研究公司，名称为“具有可调节电容的等离子体处理系统的方法和装置”的专利申请的分案申请。

背景技术

等离子体处理的进步驱动了半导体工业的增长。由于半导体工业的高度竞争特性，器件制造商想要使产量最大化并高效地利用衬底上能够获得的表面。在衬底的等离子体处理过程中，需要控制多个参数以确保处理的器件的高产量。有缺陷的器件的通常原因是缺乏衬底处理过程中的一致性。可能影响一致性的因素是衬底边缘效应。有缺陷的器件的另一个原因可能是由于在转移过程中聚合物副产品从一个衬底的后部脱落，落到另一个衬底上。

当前的制造技术面临着对更高性能器件的需要、进一步减少衬底特征尺寸的压力以及更新的最优衬底材料的实现的挑战。例如，保持更大的衬底（例如，>300毫米）上从中心到边缘的处理结果的一致性变得越来越困难。通常，对于给定的特征尺寸，随着衬底的尺寸变得更大，边缘附近衬底上的器件的数量增加。同样地，对于给定的衬底尺寸，随着器件的特征尺寸的减小，边缘附近衬底上的器件的数量增加。例如，通常，衬底上的器件总数的20%以上位于衬底的圆周附近。

图1显示了具有单一热边缘环的电容耦合等离子体处理系统的简图。通常，通过电容耦合，使用射频发生器112来产生等离子体并控制等离子体密度。某些刻蚀应用可能要求上电极接地而下电极由射频能量接电。

一般来说，一组适当的气体通过上电极102中的进口流入。然后该气体被离子化以形成等离子体104，以处理（例如，刻蚀或沉积在）衬底106（比如半导体衬底或玻璃平板）的暴露区域，在静电卡盘（ESC）108上有热边缘环（HER）116（例如，硅等），该静电卡盘108也作为接电电极。

热边缘环116通常执行多种功能，包括在ESC108上定位衬底106以及遮挡不在衬底自身保护下的下方元件免于被等离子体的离子损害。热边缘环116，如图1所示，被置于衬底106的边缘的下方和周围。热边缘环116可以进一步坐落在耦合环114（例如，石英等）上，其通常被配置为提供从卡盘108到热边缘环116的电流通路。

如图1所示，石英套筒126被配置为从耦合环114伸出以将HER116与ESC108隔离以最小化从ESC组件108和110到HER116的直接的射频耦合。HER116到ESC组件108和110的射频耦合是由耦合环114提供的。石英套筒126和耦合环114可以是单一部件或者可以是两个独立的部件。

在图1的实施例中，绝缘体环118和120被配置为提供ESC108和接地环122之间的隔离。石英罩124被置于接地环122上。耦合环114的材料可以是石英或者合适的材料以优化从ESC108到HER116的射频耦合。例如，可以使用石英作为耦合环114以最小化到HER116的射频耦合。在另一个实施例中，可以使用铝作为耦合环114以增强到HER116的射频耦合。

由于衬底边缘效应，比如电场、等离子体温度和来自工艺化学物质的负载作用，在等离子体处理过程中，衬底边缘附近的处理结果可能不同于衬底的其它（中心）区域的处理结果。例如，衬底106边缘周围的电场可能由于到HER116的射频耦合的变化而变化。等离子体包层的等势线可能被破坏，在衬底边缘周围带来不一致的离子角分布（angular distribution）。

一般来说，人们希望电场在衬底的整个表面上方保持大体恒定，以保持处理的一致性和竖直的刻蚀轮廓。在等离子体处理过程中，可以通过设计优化衬底106和HER116之间的射频耦合平衡以保持处理的一致性和纵向刻蚀。例如，可以将到HER116的射频耦合优化为最大的射频耦合以获得一致刻蚀。然而，保持处理一致性的射频耦合平衡可能带来斜缘（beveled edge）聚合体沉积的代价。

在刻蚀处理过程中，聚合物副产品（例如，氟化聚合物等）在衬底背部上和/或衬底边缘周围形成是常见的。氟化聚合物通常是由先前暴露于刻蚀化学物质的光刻胶材料或者碳氟化合物刻蚀处理过程中沉积的聚合物副产品组成的。通常，氟化聚合物是一种具有化学式C_xH_yF_z的物质，其中x、z是大于0的整数，而y是大于或等于0的整数（例如，CF₄、C₂F₆、CH₂F₂、C₄F₈、C₅F₈等）。