專(zhuān)利名稱(chēng)：用于提高等離子體工藝中的處理均勻性的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于利用等離子體對(duì)工件進(jìn)行處理的設(shè)備和方 法，尤其涉及用于提高等離子體處理系統(tǒng)中的等離子體處理均勻性的 設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
用于晶片級(jí)應(yīng)用的均勻等離子體處理是半導(dǎo)體制造工業(yè)中所關(guān)心 的問(wèn)題。困擾常規(guī)的蝕刻工藝和等離子體處理設(shè)備的一個(gè)問(wèn)題是諸如 晶片的工件上的蝕刻速度的不均勻性。工件邊緣效應(yīng)是此蝕刻速度不 均勻性的通常原因。蝕刻速度的不均勻性能夠通過(guò)被處理表面上的最 大和最小側(cè)向蝕刻速度之差與整個(gè)工件上的平均蝕刻速度的二倍的比 值來(lái)確定。通常，最大蝕刻速度發(fā)生在工件的外周邊緣附近，而最小 蝕刻速度出現(xiàn)在工件中心附近。
已嘗試使用常規(guī)方法來(lái)提高工件的整個(gè)表面區(qū)域上的蝕刻速度的 均勻性。例如，可以采用磁電管來(lái)生成等離子體。然而，這種解決方 案通常會(huì)增加等離子體處理設(shè)備的成本。
希望有一種符合成本效益的解決方案，它解決在常規(guī)處理系統(tǒng)內(nèi) 發(fā)生的工件邊緣效應(yīng)，且相反地影響工件的整個(gè)表面區(qū)域上的等離子 體處理的不均勻性，并且相反地影響對(duì)處理均勻性有負(fù)面影響的等離子體處理的其它失真。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于對(duì)工件進(jìn)行等離子體處理的設(shè) 備。該設(shè)備包括由等離子體可去除材料組成的耗蝕性環(huán)。該耗蝕性環(huán) 適于繞工件的外周邊緣布置，從而有效增大該工件的外徑。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于對(duì)工件進(jìn)行等離子體處理的 設(shè)備。該設(shè)備包括構(gòu)造為包含等離子體的真空封套。該真空封套包括 適于在利用等離子體對(duì)工件的第一表面進(jìn)行處理時(shí)接觸并支承該工件 的第二表面的支承基座。設(shè)備還包括由等離子體可去除材料組成的耗 蝕性環(huán)，該耗蝕性環(huán)繞支承在所述基座上的工件的外周邊緣延伸，從 而有效增大該工件的外徑。
在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于對(duì)具有第一表面、第二表面 和連接該第一表面和第二表面的外周邊緣的工件進(jìn)行等離子體處理的 方法。該方法包括將由等離子體可去除材料組成的耗蝕性環(huán)繞所述工 件的外周邊緣布置，以及將工件的第一表面和耗蝕性環(huán)暴露于等離子 體。該方法還包括將最大蝕刻速度從工件的第一表面上的位置移位到 耗蝕性環(huán)上的不同的位置。


并入本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例， 并且與以上給出的本發(fā)明的一般性描述和以下給出的詳細(xì)描述一起用 于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的原理。
圖1是包括真空封套和布置在該真空封套內(nèi)部的晶片提升機(jī)構(gòu)的 等離子體處理系統(tǒng)的透視圖。
圖2是圖1的等離子體處理系統(tǒng)的正視圖。
圖3是圖1和圖2的等離子體處理系統(tǒng)的封套和晶片提升機(jī)構(gòu)的分解視圖。
圖3A是圖1、圖2和圖3的等離子體處理系統(tǒng)的工件豎直提升機(jī)
構(gòu)的另一個(gè)分解視圖。
圖4是大致沿著圖2中的線4-4截取的剖視圖，其中晶片提升機(jī) 構(gòu)被置于升高的位置，并且真空封套的蓋相對(duì)于真空封套的基部打開(kāi)。
圖5是與圖4類(lèi)似的剖視圖，其中真空封套的蓋與真空封套的基 部接觸，并且晶片提升機(jī)構(gòu)因此被置于降低的位置。
圖6是圖4的一部分的放大視圖。
圖7是圖1至圖6的晶片提升機(jī)構(gòu)的一部分的分解視圖。
圖8A是描繪出處于升高情況下的晶片提升機(jī)構(gòu)的透視圖，其中為
了圖示的清晰起見(jiàn)，僅示出了晶片提升機(jī)構(gòu)的一部分。
圖8B是與圖8A類(lèi)似的透視圖，圖中描繪出處于升高情況下的晶
片提升機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
參考圖1至圖4，等離子體處理系統(tǒng)10 —般包括真空容器或封套 12，該真空容器或封套12具有蓋14、該蓋14安放在其上的基部16、 連接到蓋14的一對(duì)支承臂18、 20、上電極22以及下電極24。處理系 統(tǒng)10還包括分離構(gòu)件或分離環(huán)26，該分離構(gòu)件或分離環(huán)26定位在上 電極和下電極22、 24之間并且繞上電極和下電極22、 24的外周接觸 對(duì)向表面。電極22、 24的對(duì)向表面一般是平面的平行板，并且具有大 致相等的表面積。
支承臂18、 20將蓋14與提升裝置(未示出)以機(jī)械方式聯(lián)接， 該提升裝置能夠?qū)⑸w14相對(duì)于基部16在升高的位置(圖1)和降低的 位置(圖5)之間豎直提升和降低。當(dāng)蓋14和基部16處于接觸關(guān)系時(shí)， 處理區(qū)域28被限定為如下空間沿豎直方向界定在電極22、 24的向 內(nèi)水平表面之間并且沿側(cè)向界定在由分離環(huán)26限定的側(cè)壁的向內(nèi)豎直 表面內(nèi)側(cè)。在升高的位置處，處理區(qū)域28可進(jìn)入，以將未處理的工件 30插入和將已處理的工件30移走。在降低的位置(圖5)處，在處理區(qū)域28中可建立適于對(duì)定位在處理區(qū)域28中的每個(gè)相繼的工件30進(jìn) 行等離子體處理的環(huán)境。當(dāng)蓋14被提升裝置在升高的位置和降低的位 置之間相對(duì)于基部16移動(dòng)時(shí)，上電極22與蓋14一起移動(dòng)。
電源32 (圖2)控制電極22、 24的運(yùn)行頻率和功率電平，該電源 32通過(guò)屏蔽同軸電纜或傳輸線33、 34分別與電極22、 24聯(lián)接。電源 32可以是在諸如50Hz禾n 60Hz的極低頻率下、在諸如40 kHz和13.56 MHz的高射頻下、在諸如1 kHz的中射頻下或者在諸如2.4 GHz的微 波頻率下運(yùn)行的交流電源。電源32也可以在相互重疊的雙頻率下運(yùn)行。 替代地，電源32可以是直流(DC)電源，其中等離子體是非振蕩等離 子體。在其他替代實(shí)施例中，電源32可以供給提供稠密等離子體的射 頻(RF)功率分量以及獨(dú)立增加離子能量而不影響等離子體密度的直 流功率分量。
電源32可以在一種或多種射頻下運(yùn)行并包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(未示 出)，該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)測(cè)量從由電極22、 24和限定在所述電極之間的 等離子體表示的負(fù)載反射回電源32的反射功率。該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整 電源32的運(yùn)行頻率以使反射功率最小。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解這種 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造。例如，該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)改變匹配網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)的可變電容器的電容來(lái)調(diào)整該匹配網(wǎng)絡(luò)，以在負(fù)載改變時(shí)使電源32 的阻抗與負(fù)載的阻抗相匹配。當(dāng)然，功率電平、電壓電平和運(yùn)行頻率 可以根據(jù)特定應(yīng)用而變化。
當(dāng)?shù)入x子體處理系統(tǒng)IO運(yùn)行時(shí)，真空泵36將由等離子體工藝生 成的副產(chǎn)物和未反應(yīng)的源氣體從處理區(qū)域28通過(guò)真空歧管38連續(xù)泵 送。真空泵36可操作為使處理區(qū)域28內(nèi)的總壓力保持在低到足以便 于等離子體產(chǎn)生的亞大氣壓水平。適合于等離子體形成的典型壓力范 圍從大約二十(20)毫托至大于大約五十(50)托。處理區(qū)域28內(nèi)的 壓力根據(jù)所希望的特定等離子體工藝來(lái)控制，且主要包括由源氣體貢 獻(xiàn)的分壓，所述源氣體可以包括供給到已排空的處理區(qū)域28的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的氣體種類(lèi)。
繼續(xù)參考圖1至圖4，密封構(gòu)件40被壓縮在分離環(huán)26和上電極
22之間。當(dāng)蓋14降低為與基部16接觸時(shí)，如圖5所示，另一個(gè)密封 構(gòu)件42被壓縮在分離環(huán)26與下電極24的外周之間。密封構(gòu)件40、 42 被示出為常規(guī)的彈性O(shè)形環(huán)，但本發(fā)明不限于此。當(dāng)蓋14處于其降低 的位置時(shí)，導(dǎo)電構(gòu)件43被捕獲在金屬的蓋14和基部16的各個(gè)外周之 間。該導(dǎo)電構(gòu)件43提供了蓋14和基部16之間的良好電接觸。
進(jìn)氣板44 (圖4)緊固到上電極22的上水平表面。進(jìn)氣板44通 過(guò)氣體口 46和輸送管線48與氣體供給源50聯(lián)接?？梢栽O(shè)置質(zhì)量流量 控制器和流量測(cè)量裝置(未示出)，它們協(xié)作調(diào)節(jié)每路工藝氣體從氣體 供給源50到氣體口 46的流量。進(jìn)氣板44包括分配通道(未示出)， 且上電極22包括與進(jìn)氣板44的分配通道聯(lián)接的通道(未示出)。上電 極22中的通道與處理區(qū)域28連通，用于將工藝氣體注入處理室內(nèi)。
等離子體處理系統(tǒng)10包括基于微處理器的控制器52 (圖2)，該 控制器52被編程為尤其控制電源32、真空泵36、氣體供給源50等部 件的運(yùn)行。例如，該控制器調(diào)節(jié)電源32的功率電平、電壓、電流和頻 率，并使來(lái)自氣體供給源50的源氣體的供給與真空泵36的泵送速度 相協(xié)調(diào)，以根據(jù)特定的等離子體工藝和應(yīng)用來(lái)限定處理區(qū)域28中的合 適壓力。
在工件30的處理期間，由電源32在電極22、 24之間施加的功率 在處理區(qū)域28中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，當(dāng)蓋14和基部16接觸且在該處理區(qū)域 中具有適合于等離子體處理的環(huán)境時(shí)，所述電磁場(chǎng)限定在兩個(gè)電極22、 24之間。該電磁場(chǎng)將存在于該處理區(qū)域內(nèi)的源氣體的原子或分子激發(fā) 成等離子體狀態(tài)，通過(guò)在等離子體處理期間從電源32施加功率來(lái)維持 該等離子體狀態(tài)。以公知方式與下電極24電聯(lián)接的傳輸線34被引向下電極24。傳 輸線33以公知方式與電極22、 24之一或與二者電聯(lián)接。冷卻流體的 受迫流動(dòng)被引導(dǎo)通過(guò)電極22、 24與封套12之間的氣隙56，用于冷卻 處理系統(tǒng)10，尤其用于冷卻電極22、 24。為此目的，可以在蓋14中 設(shè)置提供配合件54 (圖2)，以限定用于將冷卻劑供給源55 (圖2)與 這些氣隙56聯(lián)接的冷卻劑口 。
電極22、 24由諸如鋁的導(dǎo)電材料形成。分離環(huán)26由不導(dǎo)電的介 電材料形成，且構(gòu)造為能夠耐受處理區(qū)域28內(nèi)的等離子體環(huán)境而對(duì)被 處理的工件30無(wú)不適當(dāng)?shù)奈廴尽?一般地，這意味著形成分離環(huán)26的 材料應(yīng)大體上耐得住存在于處理區(qū)域28中的等離子體的蝕刻。分離環(huán) 26除了在電極22、 24之間提供真空密封之外還限定了由不導(dǎo)電材料形 成的側(cè)壁。
等離子體的構(gòu)成物質(zhì)與工件30上的暴露材料接觸并相互作用，以 執(zhí)行希望的表面改性。等離子體構(gòu)造為通過(guò)選擇諸如源氣體的化學(xué)成 分、處理區(qū)域28內(nèi)的壓力和施加到電極22、 24的功率量和/或頻率來(lái) 執(zhí)行對(duì)工件30的希望的表面改性。處理系統(tǒng)10可以包括結(jié)束點(diǎn)識(shí)別 系統(tǒng)(未示出)，該結(jié)束點(diǎn)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別等離子體工藝(例如，蝕 刻工藝)已達(dá)到預(yù)定的結(jié)束點(diǎn)，或替代地，可以基于對(duì)工藝處方的根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的時(shí)間來(lái)對(duì)等離子體工藝進(jìn)行定時(shí)。
參考圖3、圖3A、圖4、圖5和圖6，其中同樣的附圖標(biāo)記表示圖 1和圖2中的同樣特征，等離子體處理系統(tǒng)IO還包括位于真空封套12 內(nèi)的豎直提升機(jī)構(gòu)58。該豎直提升機(jī)構(gòu)58接收相對(duì)于下電極24處于 被提升情況下的每個(gè)工件30。工件固定器60能夠隨著蓋14的開(kāi)啟和 關(guān)閉在升高的位置(當(dāng)蓋14開(kāi)啟時(shí)，如圖4中最好地示出的)和降低的 位置(當(dāng)蓋14相對(duì)于基部16處于關(guān)閉位置時(shí)，如圖5中最好地示出的) 之間自動(dòng)移動(dòng)且無(wú)需操作者介入。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)上電極22被蓋14朝 著下電極24移動(dòng)時(shí)，工件固定器60朝著降低的位置移動(dòng)以密封處理
11區(qū)域28，而當(dāng)上電極22被蓋14從下電極24移開(kāi)時(shí)，工件固定器60 朝著升高的位置移動(dòng)。當(dāng)蓋14被置于與基部16接觸的降低的位置以 將處理區(qū)域28與周?chē)h(huán)境密封時(shí)，豎直提升機(jī)構(gòu)58自動(dòng)將工件30放 置到處理位置。
豎直提升機(jī)構(gòu)58 —般包括工件固定器60、將工件固定器60與下 電極24以機(jī)械方式聯(lián)接的一組彈性偏置的支承件62、從上電極22朝 著下電極24和工件固定器60突出的一組彈性偏置的推動(dòng)裝置64、提 升板66和工件環(huán)68。工件固定器60的位于上電極和下電極22、 24之 間的外周邊緣或外周65被分離環(huán)26環(huán)繞。
如圖3和圖3A中最好地示出的，提升板66和工件環(huán)68例如通過(guò) 銷(xiāo)-插座型接合而連結(jié)，其中提升板66或工件環(huán)68中的一個(gè)攜載有一 組突出的銷(xiāo)(未示出)，而提升板66或工件環(huán)68中的另一個(gè)攜載有與 所述銷(xiāo)對(duì)齊并配合的一組插座(未示出)。布置在下電極24上的覆蓋 板70包括帽部72和位于該帽部72下方的支承件74。該帽部72也可 以與支承件74通過(guò)銷(xiāo)-插座型接合而連結(jié)，或替代地，帽部72和支承 件74可以構(gòu)成整體的單件式部件。當(dāng)蓋14降低時(shí)，覆蓋板70與下電 極24具有良好的電接觸，工件環(huán)68和提升板66也與下電極24具有 良好的電接觸。結(jié)果，當(dāng)?shù)入x子體處理系統(tǒng)10運(yùn)行以在處理區(qū)域28 內(nèi)生成等離子體并在處理區(qū)域28內(nèi)側(cè)利用等離子體處理工件30時(shí)， 工件固定器60、工件30和下電極24處于大致相等的電勢(shì)。
凹部76位于下電極24的每個(gè)角部附近。每個(gè)凹部76都具有基部 78，該基部78表示下電極24的當(dāng)在下電極24內(nèi)形成或機(jī)加工出各個(gè) 凹部76之后所剩余的材料的相對(duì)薄的壁。帶有內(nèi)螺紋開(kāi)口 82的安裝 柱80從每個(gè)凹部76的基部78突出。每個(gè)安裝柱80均可定位為與相 應(yīng)一個(gè)凹部76基本上同軸。在形成支承件62的組裝過(guò)程中，導(dǎo)向銷(xiāo) 86的螺紋末端84與每個(gè)安裝柱80的內(nèi)螺紋開(kāi)口 82配合。每個(gè)安裝柱 80的內(nèi)螺紋開(kāi)口 82均定向?yàn)槭沟酶鱾€(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86在朝著提升板66的方向上突出。
每個(gè)凹部76在外周上也通過(guò)延伸到基部78的大致柱形的側(cè)壁88 以及布置在該側(cè)壁88與下電極24的頂表面92之間的斜角邊沿或擴(kuò)口 邊沿卯來(lái)界定。與頂表面92相交的擴(kuò)口邊沿90的直徑大于每個(gè)凹部 76的側(cè)壁88的直徑，且在朝著頂表面的方向上以增加的直徑擴(kuò)大。
每個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86均包括大致柱形的無(wú)螺紋柄94，該柄94從螺紋末 端84朝著頭部96延伸。頭部96可以包括凹入的特征98，該凹入的特 征98接收用于在導(dǎo)向銷(xiāo)86的螺紋末端84與內(nèi)螺紋開(kāi)口 82之間產(chǎn)生 匹配式接合的工具(未示出)的末端。每個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86的至少部分突出 到下電極24的附近頂表面92以上的頭部96攜載有位于無(wú)螺紋柄94 附近的擴(kuò)口表面100。每個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86的無(wú)螺紋柄94和各個(gè)凹部76的 側(cè)壁88具有大致同軸的布置。
每個(gè)支承件62均包括通過(guò)相應(yīng)一個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86與工件固定器60的 提升板66聯(lián)接的止動(dòng)塊102。每個(gè)止動(dòng)塊102均包括主體104，該主 體104具有放大的頭部106和在主體104的長(zhǎng)度上延伸的中心孔或通 路108。放大的頭部106相對(duì)于主體104的徑向向外的突出限定了繞主 體104沿周向延伸的邊緣或唇緣110。每個(gè)止動(dòng)塊102的放大的頭部 106還包括第一斜角或錐形外側(cè)壁112和第二斜角或錐形外側(cè)壁114， 該外側(cè)壁112的直徑隨著距唇緣110的距離增大而減小，該外側(cè)壁114 的直徑隨著距唇緣110的距離增大而增大。外側(cè)壁114布置在唇緣110 和錐形外側(cè)壁112之間。通路108包括大致柱形的表面U6和斜角或錐 形表面118,該斜角或錐形表面118使大致柱形表面116的一部分變窄。
擴(kuò)口凹部120限定在提升板66的每個(gè)外周角部附近。每個(gè)止動(dòng)塊 102的錐形外側(cè)壁112均與相應(yīng)一個(gè)擴(kuò)口凹部120接合。每個(gè)擴(kuò)口凹部 120的深度選擇為使得當(dāng)提升板66與止動(dòng)塊102固定時(shí)，擴(kuò)口凹部120 的各個(gè)傾斜表面122與每個(gè)止動(dòng)塊102的錐形外側(cè)壁112接觸。每個(gè)擴(kuò)口凹部120與止動(dòng)塊102的相應(yīng)的錐形外側(cè)壁112的傾斜角度相匹 配，以幫助將止動(dòng)塊102與提升板66固定，同時(shí)仍允許提升板66通 過(guò)足夠大小的豎直力而容易移動(dòng)。
當(dāng)安裝到提升板66時(shí)，止動(dòng)塊102內(nèi)的通路108的錐形表面118 一般位于下電極24中的凹部76之一與工件固定器60之間。在每個(gè)凹 部76中布置有彈簧元件124，該彈簧元件124可具有由螺旋線圈形成 的壓縮彈簧的形式。每個(gè)彈簧元件124均被限制在各個(gè)凹部76內(nèi)并被 捕獲在基部78與各個(gè)止動(dòng)塊102上的唇緣110之間。
如圖6中最好地示出的，當(dāng)工件固定器60處于升高的位置時(shí)，彈 簧元件124展開(kāi)。結(jié)果，工件固定器60的提升板66和工件環(huán)68以彈 性浮動(dòng)的方式支承在支承件62頂上。在由提升板66和工件環(huán)68提供 的載荷下，多個(gè)彈簧元件124共同具有足以將提升板66懸起或升起到 下電極24的頂表面92以上的彈簧力。
錐形表面118接觸導(dǎo)向銷(xiāo)86的頭部96上的擴(kuò)口表面100，以在工 件固定器60處于升高的位置時(shí)提供對(duì)豎直運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)制止動(dòng)。擴(kuò)口表面 100和斜角表面118的傾斜角度相匹配，使得當(dāng)工件固定器60處于升 高的位置時(shí)每個(gè)止動(dòng)塊102都自定心在各個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86上。這允許工件 固定器60在居于升高的位置時(shí)返回到可復(fù)現(xiàn)的空間位置。這又在等離 子體處理系統(tǒng)10內(nèi)為由工件固定器60攜載的工件30提供了可復(fù)現(xiàn)的 位置。
如在下文中詳細(xì)說(shuō)明的，蓋14朝著降低的位置(圖5)的移動(dòng)使 得工件固定器60朝著降低的位置移動(dòng)，并因此使彈簧元件124壓縮。 當(dāng)工件固定器60降低時(shí)，每個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)86的頭部96在其各自的通路108 內(nèi)朝著提升板66移動(dòng)。
如圖3和圖3A中最好地示出的，工件固定器60包括完全延伸穿
14過(guò)提升板66和工件環(huán)68的中心開(kāi)口 130，和從該中心開(kāi)口 130徑向延 伸到工件固定器60的外周65的間隙132。覆蓋板70的尺寸定為其 寬度基本上等于間隙132的寬度。當(dāng)工件固定器60降低到處理位置時(shí)， 覆蓋板70填充間隙132，使得中心開(kāi)口 130被由工件環(huán)68的頂表面 134和覆蓋板70的頂表面136共同限定的大致平面的表面圍繞。為促 進(jìn)所要求的共面布置，將覆蓋板70和固件固定器60的各自厚度選擇 為大致相等，這允許在工件固定器60處于其降低的位置時(shí)使頂表面 134、 136大致齊平。中心開(kāi)口 130在代表性實(shí)施例中為圓形。然而， 該中心開(kāi)口 130可以具有其他形狀，例如矩形。
間隙132限定在穿過(guò)工件環(huán)68的厚度延伸的對(duì)向側(cè)壁133、 135 之間。將工件固定器60中的間隙132的寬度選擇為使得末端執(zhí)行器能 夠通過(guò)間隙132并進(jìn)入中心開(kāi)口 130，用于將未處理的工件30傳送到 工件固定器60以及從工件固定器60上移走已處理的工件30。如本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員所公知的，末端執(zhí)行器可操作地與機(jī)器人聯(lián)接，例如 與選擇性鉸接/裝配機(jī)器人臂(SCARA)型機(jī)器人聯(lián)接。
下電極24還包括可移除電極部分138，該可移除電極部分138包 括安裝凸緣140和基座部分142，該安裝凸緣140位于限定在下電極 24中的凹部?jī)?nèi)。限定典型工件支承件的基座部分142從安裝凸緣140 朝著上電極22延伸。電極部分138利用常規(guī)的緊固件固定到下電極24 的下方和周?chē)氖Ｓ嗖糠?。下電極24的頂表面92和安裝凸緣140的 頂表面92大致齊平。升高到周?chē)陌惭b凸緣140以上的基座部分142 的頂表面144的表面積大致等于中心開(kāi)口 130徑向內(nèi)側(cè)的開(kāi)口截面積。 基座部分142的直徑大致等于工件環(huán)68的中心開(kāi)口 130的直徑。電極 部分138與下電極24的剩余部分具有良好的電接觸，使得在等離子體 處理系統(tǒng)10運(yùn)行且在處理區(qū)域28內(nèi)存在等離子體時(shí)，基座部分142 和支承件74處于與下電極24大致相同的電勢(shì)。
覆蓋板70包括電極部分138的另一個(gè)升高區(qū)域，該另一個(gè)升高區(qū)域突出到安裝凸緣140的平面的上方。覆蓋板70和基座部分142可以 包括從安裝凸緣140突出的單個(gè)或一體的升高區(qū)域。替代地，覆蓋板 70可以包括安裝到電極部分138的分離部件，且在此情況下可以包括 定位銷(xiāo)(未示出)等，用于使覆蓋板70相對(duì)于工件固定器60中的中 心開(kāi)口 130自動(dòng)定位。
當(dāng)工件固定器60降低到處理位置時(shí)，工件30與基座部分142的 頂表面144之間的接觸將工件30從工件環(huán)68傳送到基座部分142。工 件30的傳送不使用基座部分142、下電極24或封套12的基部16上的 任何將工件30引導(dǎo)到基座部分142上的結(jié)構(gòu)來(lái)完成。在工件固定器60 的降低的處理位置處，工件環(huán)68的頂表面134略微凹入到基座部分142 的頂表面144下方。在等離子體處理期間，工件30安放在基座部分142 的頂表面144上。
電極部分138和提升板66由諸如鋁的電導(dǎo)體構(gòu)成。覆蓋板70上 的帽部72和工件環(huán)68由諸如氧化鋁或高純度氧化鋁的電絕緣體或介 電材料構(gòu)成。替代地，覆蓋板70上的帽部72和工件環(huán)68也可以由諸 如鋁的電導(dǎo)體構(gòu)成。覆蓋板70上的帽部72和工件環(huán)68的構(gòu)成材料的 選擇由用于對(duì)工件30執(zhí)行特定的等離子體工藝的等離子體處理系統(tǒng)10
內(nèi)所需的等離子體性能的類(lèi)型來(lái)決定。
參考圖3A和圖4，推動(dòng)裝置64之一在空間上位于分離環(huán)26的每 個(gè)內(nèi)側(cè)角部15附近，且如圖中顯見(jiàn)，位于上電極22的每個(gè)相應(yīng)的外 側(cè)角部(未示出)附近。每個(gè)推動(dòng)裝置64均包括推塊150，該推塊150 通過(guò)插入件152和凸肩螺栓154與彈簧元件156之間的協(xié)作而與上電 極22固定。每個(gè)推塊150均具有與相應(yīng)一個(gè)止動(dòng)塊102大致疊置的關(guān) 系。可以具有由螺旋線圈形成的壓縮彈簧形式的彈簧元件156的一端 被捕獲在推塊150的放大的頭部158與上電極22之間。推塊150由諸 如陶瓷的絕緣或介電材料構(gòu)成，而插入件152和凸肩螺栓154可以由 諸如不銹鋼的金屬形成。凸肩螺栓154具有螺紋末端，該螺紋末端緊
16固在上電極22內(nèi)的螺紋螺栓孔內(nèi)。每個(gè)推動(dòng)裝置64的推塊150均可 相對(duì)于凸肩螺栓154在第一位置(圖4)和第二位置(圖5)之間移動(dòng)， 在該第一位置中，彈簧元件156展開(kāi)，而在第二位置中，彈簧元件156 被壓縮。在第一位置中，彈簧元件156向每個(gè)推塊150提供預(yù)加載的 偏壓。
當(dāng)蓋14朝著基部16移動(dòng)時(shí)，每個(gè)推動(dòng)裝置64的推塊150均接觸 工件環(huán)68的頂表面134并且彈簧元件156開(kāi)始?jí)嚎s。當(dāng)蓋14接近基 部16時(shí)，彈簧元件156進(jìn)一步壓縮，這向工件環(huán)68施加了增大的力， 從而導(dǎo)致工件固定器60朝著基座部分142的頂表面144并朝著下電極 24移動(dòng)。當(dāng)工件固定器60處于完全降低的位置時(shí)，每個(gè)止動(dòng)塊102上 的錐形外側(cè)壁114接觸凹部76的擴(kuò)口邊沿90且每個(gè)推塊150被移動(dòng) 到其第二位置。
擴(kuò)口邊沿90和錐形外側(cè)壁114的傾斜角度大致相等或匹配。當(dāng)工 件固定器60處于降低的位置時(shí)，每個(gè)擴(kuò)口邊沿90均與相應(yīng)一個(gè)外側(cè) 壁114接觸。這種接觸使每個(gè)止動(dòng)塊102自動(dòng)地自定心在各個(gè)凹部76 內(nèi)。因此，在蓋14每次降低時(shí)，當(dāng)蓋14將工件固定器60移動(dòng)到降低 的位置時(shí)，工件固定器60返回到相對(duì)于下電極24和可移除電極部分 138的可復(fù)現(xiàn)的空間位置。這又在每個(gè)連續(xù)的等離子體處理期間為基座 部分142上的相繼的工件30提供可復(fù)現(xiàn)的位置。
參考圖3、圖3A、圖7、圖8A和圖8B，其中同樣的附圖標(biāo)記表 示同樣的特征，并且根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，等離子體處理系統(tǒng)10還 包括以附圖標(biāo)記160 —般性表示的耗蝕性環(huán)。當(dāng)工件30的底表面29 被支承在基座部分142的頂表面144上時(shí)，耗蝕性環(huán)160以與工件30 同心的關(guān)系繞外周邊緣31沿周向延伸，該外周邊緣31環(huán)繞工件30的 外周。
耗蝕性環(huán)160包括主體161，該主體161由安裝到工件環(huán)68的提升板66的彎曲肩部164的第一部分168和安裝到覆蓋板70的支承件 74的肩部166的第二部分170組成。第一部分168包括其弧長(zhǎng)比第二 部分170具有的弧更大的弧。限定在工件環(huán)68的提升板66內(nèi)的彎曲 肩部164同軸地環(huán)繞中心開(kāi)口 130并在與位于間隙132側(cè)面的側(cè)壁133、 135相交處終止。在中心開(kāi)口 130上敞開(kāi)的彎曲肩部164相對(duì)于工件環(huán) 68的頂表面92凹入。當(dāng)工件固定器60處于降低的位置時(shí)，限定在覆 蓋板70的支承件74內(nèi)的彎曲肩部166與所述肩部164并置，以在幾 何上封閉一完整的圓形物。也在中心開(kāi)口 130上敞開(kāi)的肩部166相對(duì) 于覆蓋板70的頂表面136凹入。耗蝕性環(huán)160的部分168、 170可以 分別通過(guò)使用銷(xiāo)172、 174的銷(xiāo)-插座型接合來(lái)與提升板66和支承件74 固定。
耗蝕性環(huán)160的第一部分168包括脊部176和布置在該脊部176 的徑向內(nèi)側(cè)的肩部或邊沿178。第一部分168的脊部176在邊沿178上 方突出，使得工件30的連接其頂表面27和底表面29的外周邊緣31 位于邊沿178上面且布置在脊部176的徑向內(nèi)側(cè)。類(lèi)似地，耗蝕性環(huán) 160的第二部分170包括脊部180和布置在該脊部180的徑向內(nèi)側(cè)的肩 部或邊沿182。第二部分170的脊部180在邊沿182上方突出，使得工 件30的外周邊緣31位于邊沿182上面且布置在脊部182的徑向內(nèi)側(cè)。 所述部分168、 170每個(gè)均可以由多個(gè)材料段(即，具有較大曲率半徑 的內(nèi)邊緣的窄段和具有較小曲率半徑的內(nèi)邊緣的寬段)形成，或替代 地，可以由單一的整件材料機(jī)加工或模制而成。
將邊沿178的徑向尺寸或?qū)挾冗x擇為使得僅底表面29上的繞工件 30的外周邊緣31延伸的窄的環(huán)形表面區(qū)域與邊沿178接觸。在一個(gè)實(shí) 施例中，接觸寬度可以是從工件30的外周邊緣31徑向向內(nèi)延伸大致 等于3毫米的環(huán)面。提升板66內(nèi)的中心開(kāi)口 130的直徑大致等于工件 30的直徑，小于邊沿178、 182的徑向尺寸。
如圖8B中最好地示出的，當(dāng)工件固定器60處于降低的處理位置時(shí)，脊部176、 180以及邊沿178、 182以大體上連續(xù)的角度幾何形狀 相互對(duì)齊。在圖8A和圖8B中示出了所述部分168、 170之間的關(guān)系， 在圖8A中，工件固定器60處于其升高的情況，而在圖8B中，工件固 定器60處于其降低的情況，并且蓋14關(guān)閉并準(zhǔn)備處理工件30。當(dāng)工 件固定器60降低時(shí)，脊部176、 180的對(duì)齊限定了大體上連續(xù)的材料 環(huán)，其徑向尺寸將工件30的外周邊緣的位置朝著耗蝕性環(huán)160的外徑 有效地徑向向外移位。脊部176、 180的頂表面與工件30的相鄰頂表 面大體上共面。當(dāng)工件固定器60處于其降低的位置時(shí)，耗蝕性環(huán)160 與工件30具有非接觸的關(guān)系。
在一個(gè)實(shí)施例中可以為約IO毫米寬的耗蝕性環(huán)160由消耗性材料 形成，該消耗性材料在暴露于等離子體時(shí)被蝕刻。該消耗性材料可以 由在組分上與接受等離子體蝕刻的工件30的材料類(lèi)似的有機(jī)聚合物或 另一種材料(即，硅)組成。合適的有機(jī)材料可以包括但不限于聚 醚醚酮(PEEK)、聚酰亞胺和聚酰胺或尼龍。耗蝕性環(huán)160可以由這 些類(lèi)型的材料通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)來(lái)制造。
例如，如果等離子體處理系統(tǒng)10的等離子體用于從工件30上剝 離光阻劑層，則有機(jī)聚合物可能是尤其適合于組成耗蝕性環(huán)160的材 料。在此情形中，構(gòu)成耗蝕性環(huán)160的材料與通過(guò)等離子體蝕刻從工 件上移除的材料的組分類(lèi)似。當(dāng)被等離子體蝕刻侵蝕時(shí)，耗蝕性環(huán)160 的材料可以形成蝕刻副產(chǎn)物，所述副產(chǎn)物是相對(duì)揮發(fā)性的且因此易于 通過(guò)真空泵36從處理區(qū)域28排出。因此，真空封套12的側(cè)壁13和 真空封套12內(nèi)的部件(包括工件30本身)上的來(lái)自對(duì)耗蝕性環(huán)160的蝕 刻的污染物或殘余物可忽略。
將脊部176、 180的徑向尺寸選擇為使得工件30的外周邊緣的有 效位置的移位最佳。換句話(huà)說(shuō)，工件30給出對(duì)于等離子體來(lái)說(shuō)較大的 有效直徑，使得由工件邊緣效應(yīng)引起的相對(duì)高的蝕刻速度的固有區(qū)將 耗蝕性環(huán)160蝕刻，而非將工件30在其外周邊沿處蝕刻。由于此較高的蝕刻速度被徑向向外移位并移離工件30,所以提高了整個(gè)工件30上
的等離子體處理的均勻性。當(dāng)系統(tǒng)10用于生成等離子體并處理工件30 的頂表面27時(shí)，脊部176、 180暴露于處理區(qū)域28內(nèi)的等離子體。一 般地，耗蝕性環(huán)160具有環(huán)形的幾何形狀，其特征在于內(nèi)徑ID，該內(nèi) 徑ID大體上等于工件30的外周邊緣31的外徑。耗蝕性環(huán)160的內(nèi)徑 ID和外徑之差限定了其有效徑向尺寸。
耗蝕性環(huán)160能夠用于將等離子體處理中固有的邊緣效應(yīng)從工件 30的外周邊緣31移位到耗蝕性環(huán)160的外周162。通過(guò)此機(jī)制，雖然 不希望受理論所限，但相信耗蝕性環(huán)160會(huì)起作用，以通過(guò)在等離子 體工藝期間耗蝕性掉其自身的處理均勻性來(lái)減輕或減緩在外周處的工 件邊緣效應(yīng)，因?yàn)閮?yōu)選的邊緣效應(yīng)主要在耗蝕性環(huán)160的消耗性材料 上增加蝕刻速度。因此，蝕刻速度在整個(gè)工件30上更均勻，因?yàn)樵诠?件30的中心區(qū)域和外周邊緣區(qū)域之間存在更小的蝕刻速度變化。
耗蝕性環(huán)160的用于維持有效地移位工件30的外周邊緣位置的有 效性的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)可以視其組成材料和等離子體工藝的細(xì)節(jié)而定。耗蝕 性環(huán)160可以在需要時(shí)被替換，因?yàn)楹奈g性環(huán)160是消耗性部件。
耗蝕性環(huán)160代表了用于在晶片級(jí)應(yīng)用中提高等離子體處理的整 個(gè)晶片上的均勻性的簡(jiǎn)單而有效的技術(shù)，所述等離子體處理例如為等 離子體蝕刻、光阻劑剝離或清渣、表面清潔、表面活化和薄膜沉積。 耗蝕性環(huán)160能夠在不顯著增加等離子體處理系統(tǒng)10的成本的情況下 實(shí)施。此外，耗蝕性環(huán)160能夠用于提高等離子體處理在整個(gè)工件上 的均勻性，而不要求費(fèi)時(shí)或昂貴的蝕刻工藝或蝕刻設(shè)備。等離子體處 理系統(tǒng)能夠以簡(jiǎn)單而廉價(jià)的方式更新，利用耗蝕性環(huán)160來(lái)解決由于 邊緣效應(yīng)弓i起的蝕刻均勻性問(wèn)題。
在本文中對(duì)于例如"豎直"、"水平"等術(shù)語(yǔ)的使用通過(guò)例子的方 式而非限制的方式進(jìn)行，以建立三維參考系。如在此所用的術(shù)語(yǔ)"水平"被定義為與包含電極22、 24的對(duì)向表面之一的平面大體上平行的
平面，而與方位無(wú)關(guān)。術(shù)語(yǔ)"豎直"指的是垂直于剛才所定義的"水 平"的方向。例如"上"、"下"、"以上"、"上方"、"下方"、"側(cè)"(如 "側(cè)壁"中的"頂r)、"較高"、"較低"、"上面"、"下面"和"以下" 的術(shù)語(yǔ)均相對(duì)于水平面定義。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范 圍的情況下，可以采用各種其他參考系，因?yàn)楸绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員將 認(rèn)識(shí)到所定義的參考系是相對(duì)參考系而非絕對(duì)參考系。
雖然已通過(guò)對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述示出了本發(fā)明，雖然已相當(dāng)詳細(xì) 地描述了這些實(shí)施例，但申請(qǐng)人并不意圖將所附權(quán)利要求的范圍約束 或以任何方式限制為這樣的細(xì)節(jié)。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，易 于發(fā)現(xiàn)其它優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更寬泛的方面不限于所示 出和描述的特定細(xì)節(jié)、代表性設(shè)備和方法和說(shuō)明性例子。因此，在不 偏離申請(qǐng)人的總體發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下，可對(duì)這樣的細(xì)節(jié) 進(jìn)行變更。本發(fā)明自身的范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在對(duì)工件進(jìn)行等離子體處理中使用的設(shè)備，所述工件具有外周邊緣，所述設(shè)備包括由等離子體可去除材料構(gòu)成的耗蝕性體，所述耗蝕性體適于繞所述工件的所述外周邊緣布置，使得有效增大所述工件的外徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體包括多個(gè)部分， 所述多個(gè)部分布置為當(dāng)以并置關(guān)系放置時(shí)具有環(huán)形幾何形狀，所述多 個(gè)部分構(gòu)造為與所述工件同心布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體由有機(jī)聚合物 構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述有機(jī)聚合物是聚醚醚酮 (PEEK)、聚酰亞胺或聚酰胺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體由在組分上與 構(gòu)成所述工件的暴露于等離子體的一部分的材料相類(lèi)似的材料構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體具有環(huán)形幾何 形狀，且具有與所述工件的外周邊緣的外徑大致相等的內(nèi)徑。
7. —種用于對(duì)工件進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備，該工件具有外周邊 緣、第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面通過(guò)所述外周邊 緣相連，所述設(shè)備包括構(gòu)造為包含等離子體的真空封套，所述真空封套包括支承基座， 該支承基座適于當(dāng)所述工件的所述第一表面暴露于等離子體時(shí)接觸并 支承所述工件的所述第二表面；以及由等離子體可去除材料構(gòu)成的耗蝕性體，所述耗蝕性體繞支承在所述基座上的所述工件的外周邊緣延伸，使得有效增大所述工件的外 徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體包括多個(gè)部分， 所述多個(gè)部分布置為當(dāng)以并置關(guān)系放置時(shí)具有環(huán)形幾何形狀，所述多 個(gè)部分構(gòu)造為與所述工件同心布置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括設(shè)在所述真空封套內(nèi)的晶片提升機(jī)構(gòu)，所述晶片提升機(jī)構(gòu)包括能 在第--位置和第二位置之間移動(dòng)的晶片固定器，在所述第一位置中， 所述晶片固定器以與所述支承基座不接觸的關(guān)系保持所述工件，在所 述第二位置中，所述晶片固定器以與所述支承基座相接觸的關(guān)系放置 所述工件的所述第二表面，并且所述耗蝕性體的所述第一部分由所述 晶片固定器攜載。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第二部分鄰近所述支 承基座安裝，并且，當(dāng)所述晶片固定器在所述第一位置和所述第二位 置之間移動(dòng)時(shí)，所述第二部分靜止。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體由有機(jī)聚合物構(gòu)成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述有機(jī)聚合物是聚醚醚 酮(PEEK)、聚酰亞胺或聚酰胺。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體由在組分上 與構(gòu)成所述工件的暴露于等離子體的一部分的材料相類(lèi)似的材料構(gòu) 成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述耗蝕性體具有環(huán)形幾何形狀，且具有與所述工件的外周邊緣的外徑大致相等的內(nèi)徑。
15. —種用于對(duì)工件進(jìn)行等離子體蝕刻的方法，該工件具有第一 表面、第二表面和連接所述第一表面和第二表面的外周邊緣，所述方 法包括將由等離子體可去除材料構(gòu)成的耗蝕性體繞所述工件的外周邊緣布置；將所述工件的所述第一表面和所述耗蝕性體暴露于等離子體；以及使最大蝕刻速度從所述工件的所述第一表面上的位置移位到所述 耗蝕性體上的不同的位置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在蝕刻處理期間，將所述工件的所述第一表面支承在位于真空封 套內(nèi)的支承基座上，所述真空封套封閉等離子體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將所述耗蝕性體分為多個(gè) 部分，所述多個(gè)部分在對(duì)齊時(shí)限定環(huán)形幾何形狀，且所述方法還包括將所述工件臨時(shí)支承在設(shè)于所述真空封套內(nèi)的晶片提升機(jī)構(gòu)上；移動(dòng)所述晶片提升機(jī)構(gòu)，以將所述工件從所述晶片提升機(jī)構(gòu)傳送到所述支承基座；以及當(dāng)傳送所述工件時(shí)，將所述耗蝕性體的所述部分中的至少一個(gè)部 分與所述耗蝕性體的所述部分中的至少另一個(gè)部分對(duì)齊，以限定基本 連續(xù)的環(huán)形幾何形狀。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括在蝕刻所述工件的所述第一表面的同時(shí)，將所述工件支承在所述支承基座上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括.-利用暴露于等離子體來(lái)侵蝕所述耗蝕性體的材料；以及 在出現(xiàn)對(duì)所述耗蝕性體的充分侵蝕之后，將所述耗蝕性體用另一 個(gè)耗蝕性體替換。
全文摘要
用于提高等離子體工藝中的處理均勻性的設(shè)備和方法。在等離子體處理期間繞工件(30)的外周邊緣(31)延伸的耗蝕性體(104)由等離子體可去除材料組成。該耗蝕性體(104)可以包括被布置為限定圓形幾何形狀的多個(gè)部分(168、170)。耗蝕性體(104)起作用以增大工件(30)的有效外徑，它通過(guò)有效降低工件(30)的外周邊緣(31)附近的蝕刻速度來(lái)減輕等離子體處理所固有的有害的邊緣效應(yīng)。
文檔編號(hào)C23C16/458GK101681785SQ200880018444
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者詹姆士·D·格蒂, 趙建鋼 申請(qǐng)人:諾信公司