专利名称：射频(rf)接地返回装置的利记博彩app
射频(RF)接地返回装置
背景技术：
等离子体处理的进步已经为半导体产业提供了发展。在当今的市场竞争中，制造商需要能最小化浪费并生产高品质的半导体设备。在衬底处理期间，腔的状况可以影响衬底处理。可以影响衬底等离子体处理的关键参数是射频(RF)电流的流量。为了帮助讨论，图1示出了带有处理腔100的电容耦合等离子体处理系统的简单框图。考虑到其中的情况，比方说衬底106在处理腔100内处理。为了引发刻蚀衬底106 的等离子体，可以使气体与RF电流相互作用。在衬底处理期间，该RF电流可以从RF源122 沿着电缆IM通过RF匹配器120流入处理腔100。RF电流可以沿着路径140移动来与气体反应物耦合以在受限容积腔110内产生处理衬底106的等离子体，衬底106被设置在下电极104上方。为了控制等离子体形成并保护处理腔壁，可以使用成套限制环112。成套限制环 112可以由诸如硅、多晶硅、碳化硅、碳化硼、陶瓷、铝等导电物质制成。通常，成套限制环 112可以被配置为围绕受限容积腔110的外围，等离子体形成在受限容积腔110中。除了成套限制环112，受限容积腔110的外围还可以由上电极102、下电极104、绝缘环116和118、 边缘环114以及下电极支承结构128界定。为了将受限区域(受限容积腔110)的中性气体成分排出，成套限制环112可以包括多个槽(诸如槽U6a、126b和。中性气体成分在通过涡轮泵134抽出处理腔100 之前，可以流过受限容积腔110进入处理腔100的外部区域132(在容积腔之外)。本领域的技术人员知道不受限的等离子体可能会导致不稳定的处理环境。理想情况下，衬底处理期间形成的等离子体是形成在受限容积腔110内的。然而，在特定情况下， 可能会在受限容积腔110的外部引发等离子体。在范例中，考虑到高压环境，中性气体成分 (其被从受限容积腔Iio排入处理腔100的外部区域13 可能会遭遇RF场/磁场。RF电流在腔外的存在可能会导致不受限等离子体150的形成。在通常的处理环境中，RF电流从RF发生器流入受限容积腔110中。本领域的技术人员知道流入处理腔100的RF电流通常会尝试返回到其RF源。通常的现有技术配置中， RF返回路径142可以包括沿着成套限制环112的内部流动的RF返回电流。在点152，RF返回电流可以沿着限制环112的外部流动以与处理腔100的内壁表面桥接(bridge)。从腔壁开始，RF返回电流可以跟随成套带130到达下电极支承结构128。从下电极支承结构128 的表面开始，RF返回电流可以通过RF匹配器120流回到RF源122。如前面可以看到的那样，通过跟随路径142，RF电流流出受限容积腔110沿其路径返回到RF源122。结果，在腔的外部区域可以产生磁场或RF场。RF场/磁场的存在可以导致在处理腔100的外部区域132形成不受限的等离子体150。因为RF返回电流倾向于寻找低阻抗路径，为提供低阻抗路径可以使用成套带，从而创建如图2所示比路径142(其跟随腔壁)更短的RF返回路径。在范例中，可以使用成套带230将限制环212联接到处理腔200内的下电极支承结构228。因此，当RF返回电流 (沿着路径242流动)沿着限制环212外壁的底面流动时，RF返回电流就可以遇到成套带230。因为成套带230比限制环212的外表面提供了更低的阻抗，所以RF返回电流可以通过成套带230桥接到下电极支承结构228。从下电极支承结构2 开始，RF返回电流可以通过RF匹配器220继续前往RF源222。如可以从前面领会到的那样，RF返回电流路径242要比图1路径142短很多。然而，成套带230与限制环212之间的区域M4内可以形成磁场/RF场。因此，如果条件合适 (诸如存在气体反应物、容积腔的压强足够高以及RF场/磁场)就可能在受限的容积腔外引发等离子体。因此需要一种提供短的RF返回路径且防止引发不受限的等离子体的装置。
在附图中以范例的方式而不是限制的方式对本发明进行说明，附图中相似的参考数字指的是相似的部件，其中图1示出了带有处理腔的电容耦合等离子体处理系统的简单框图。图2示出了带有带驱动RF返回路径的处理腔的简单框图。图3A和;3B示出了本发明实施方式中RF接地返回装置的简单框图。图4、5、6和7示出了本发明实施方式中用于间隙可调的处理腔的RF接地返回装置。
具体实施例方式参考附图所示的几个实施方式现在将具体描述本发明。在下面的描述中，说明了许多具体细节以便将本发明理解透彻。然而，对本领域技术人员来说，显然没有这些具体细节的某些或全部也可以实施本发明。在其他情况下，为了避免不必要地混淆本发明，所以没有详细描述已知的处理步骤和/或结构。下面描述的各种实施方式包括方法与技术。应该注意到本发明还可以涵盖包括计算机可读介质的制品，所述计算机可读介质存储有实施创造性技术实施方式的计算机可读指令。所述计算机可读介质例如可以包括存储计算机可读代码的半导体的、磁的、光磁的、 光的或者其他形式的计算机可读介质。进一步地，本发明还可以涵盖实施本发明实施方式的装置。这些装置可以包括执行有关本发明实施方式的任务的专用或可编程的电路。这些装置的范例包括适当编程的通用计算机和/或专用计算装置，且可以包括适于执行有关本发明实施方式的各种任务的计算机/计算装置与专用/可编程电路的组合。根据本发明的实施方式，提供了一种射频(RF)接地返回装置。本发明的实施方式包括通过在限制环与下电极支承结构之间提供直接的RF接触(通过实现RF接触的部件) 为RF返回电流建立短的RF返回路径。在该文件中，可以使用单个限制环来举例讨论各种实施方式。然而本发明并不限于使用单个限制环，还可以在等离子体处理系统中应用一个或更多个限制环。替代地，讨论的用意在于作为范例且不受所示范例的限制。在本发明的实施方式中，提供的RF接地返回装置在基本消除了在受限区域(由限制环外缘界定的区域)外建立磁场/RF场可能性的同时建立了回到RF源的RF返回路径。 在实施方式中，RF接地返回装置可以在电容耦合等离子体(CCP)处理系统内实施。在实施方式中，RF接地返回装置可以在下电极支承结构固定或可动的处理腔内实施。在本发明的一个实施方式中，RF接地返回装置可以带着RF衬垫实施。所述RF衬垫由导电材料制成。在实施方式中，RF衬垫与所述限制环及下电极支承结构(诸如接地环) 电接触。对于下电极支承结构固定的处理腔，RF衬垫可以相对较小且可以是柔性或非柔性的。然而，在下电极支承结构可动的处理腔中，RF衬垫被配置具有当下电极支承结构以垂直方向移动时适应接地环活动的形状与尺寸。在实施方式中，RF衬垫的形状被配置为大曲率设计(例如，倒置的或侧边C形的柔性导体RF衬垫)，从而能使接地环与限制环保持RF接触。换而言之，RF衬垫的大小至少要等于限制环面向下的表面与接地环面向上的表面之间间隙的大小。另外，RF衬垫是柔性的，所以当接地环移动时能使RF衬垫的形状变化。在范例中，当接地环向上移动时(缩小接地环与限制环之间的间隙时)，RF衬垫会变平。但是， 当接地环离限制环的距离最远时，RF衬垫可以是大于半个圈的形状。在另一实施方式中，RF接地返回装置可以实施带有弹簧承载的滑动接触装置。弹簧承载的滑动接触装置可以包括联接到限制环的弹簧部件。该弹簧部件被偏置向接地环的壁。在实施方式中，弹簧部件通过接触点与接地环的壁电接触。因此，当接地环上下移动时， 接地环通过弹簧承载的滑动接触装置与限制环保持RF接触。在又一个实施方式中，RF接地返回装置可以包括带有延伸部的限制环。该延伸部可以向下延伸并平行于接地环的侧壁。在实施方式中，延伸部被设置为紧密靠近接地环，从而缩小了延伸部与接地环之间的间隙。延伸部靠近接地环产生了大电容区域。因为阻抗与电容呈反比例，所以大电容区域可以为RF返回电流创建低阻抗的返回路径。实施方式中的另一 RF接地装置可以包括与限制环和接地环电接触的RF导电杆。 在实施方式中，RF导电杆被配置在导电液中，导电液位于接地环的凹陷区域内。因此，当接地环垂直移动时，RF导电杆的一部分会保持在接地环的导电液中。因此，通过RF导电杆在限制环与接地环之间保持RF接触，从而为RF返回电流提供低阻抗路径。如可以从前述领会到的那样，与现有技术装置相比，RF接地返回装置为RF返回电流提供了更短的RF返回路径。另外，每个RF接地返回装置都不会压缩(encapsulate)能够产生RF场/磁场并在受限区域外维持不受限等离子体的区域。参考以下图形和讨论可以更好地理解本发明的特点和优点。图3A与;3B示出了本发明的实施方式中RF接地返回装置一个范例的简图。考虑到其中的情况，例如在处理腔300内处理衬底306。在实施方式中，处理腔300可以是电容耦合等离子体处理腔。衬底306可以设置在下电极304上方。在衬底处理期间，可以用于刻蚀衬底306的等离子体308可以形成在衬底306与上电极302之间。为了控制等离子体的形成并保护处理腔壁，可以使用成套限制环312。成套限制环 312可以包括多个限制环或者可以是一个连续的环。成套限制环可以由诸如硅、多晶硅、碳化硅、碳化硼、陶瓷、铝等导电材料制成。通常，成套限制环312可以被配置为环绕受限容积腔310的外围，在受限容积腔 310中会形成等离子体308。除了成套限制环312外，受限容积腔310的外围还可以由上电极302、下电极304、绝缘环316和318、边缘环314及下电极支承结构3 界定。在衬底处理期间，气体可以从气体分配系统(未示出)流到受限容积腔310并与
6RF电流相互作用产生等离子体308。RF电流可以通过电缆3M从RF源322流到RF匹配器 320。RF电流可以从RF匹配器320沿着路径340向上流过下电极，在受限容积腔310内与所述气体相互作用形成等离子体308。为了排出受限区域(受限容积腔310)中的中性气体成分，成套限制环312可以包括多个槽(诸如槽3^5a、326b和3 ^)。成套限制环312上槽的数量和大小可以根据所需的导通率变化。中性气体成分在通过涡轮泵334抽出处理腔300之前可以从受限容积腔 310流过所述槽进入处理腔300的外部区域332 (容积腔的外部)。现有技术中，受限区域外部存在RF场可能导致RF电流与气体反应物相互作用引发等离子体。不同于现有技术，本发明提供了在受限容积腔310外部基本消除等离子体产生的RF接地返回装置。在实施方式中，可以使用RF衬垫350(见图3B)在成套限制环312与下电极支承结构3 之间创建RF接触(诸如接地环或者电连接于RF源322的另一结构)。在实施方式中RF衬垫350由诸如不锈钢和铍铜等导电材料制成。虽然RF衬垫350被示为圆形设计， 但RF衬垫350可以是诸如半圆形、方形、矩形等其他结构。如从前述可以领会到的那样，只要RF衬垫在成套限制环312与下电极支承结构3 之间提供所需的RF接触，RF衬垫的形状就可以根据制造商的喜好而不同。不同于现有技术，RF衬垫350为RF返回电流创建了路径342而不产生可能形成磁场或RF场的在受限容积腔310外部的区域。换而言之，路径342保持在受限容积腔310 的外围并在等离子体周围有效形成了法拉第屏障(Faraday shield)，并从而防止了等离子体不受限制。所以，RF接地返回装置提供了短的RF返回路径，而不压缩能够维持受限容积腔310外部等离子体的区域。图3A和;3B的RF接地返回装置可以在下电极部件固定的处理腔内实施。对于下电极部件可活动的处理腔，RF接地返回装置可以按图4、5、6和7所示实施。图4示出了本发明实施方式中对于间隙可调的处理腔400的RF接地返回装置。 类似图3A和3B，RF衬垫402被用于在限制环412与接地环4 之间创建RF接触，接地环 4 是可活动的下电极支承结构的一部分。在实施方式中，RF衬垫402由诸如不锈钢等柔性导电材料制成。在实施方式中，RF衬垫402可以是具有足够大尺寸的半圆形(诸如图4 所示倒置的C形、侧边C形的RF衬垫或任何其他弯曲的RF衬垫设计)以提供大的弯曲面积，从而使得下电极支承结构被垂直移动时接地环4 与限制环412仍然保持RF接触。类似于图3的RF衬垫350，只要在接地环似8与限制环412之间保持RF接触，RF衬垫402的形状就可以根据制造商的喜好变化，从而在将等离子体限制在受限容积腔内的同时提供了短的RF返回路径442。图5示出了本发明的实施方式中带有RF接地返回路径装置的间隙可调处理腔500 的局部简图。在该结构中，下电极支承结构是可动的。下电极支承结构可以包括接地环528。 因此当下电极支承结构上下移动时，接地环528也会以相同方向移动。在实施方式中接地环5 可以包括填充诸如水银等导电液体506的凹槽504。设于导电液体506中的是由诸如铝等导电材料制成的RF导电杆508。在实施方式中，RF导电杆508被至少配置为将限制环512联接于接地环528。换句话说，通过RF导电杆508在限制环512与接地环5 之间建立了 RF接触。为了将导电液体506泄漏到受限容积腔的可能性降到最低，可以使用衬垫510(诸如0型圈)。因此，通过垂直移动下电极支承结构调节受限容积腔时，RF导电杆508的一部分一直处于导电液体506中，由此维持了限制环512与接地环5 之间的RF接触。因此，为 RF返回电流提供了 RF返回路径M2，其中所述路径比现有技术显著更短同时基本上避免了在容积腔外部建立能够维持等离子体的区域。图6示出了本发明实施方式中用于间隙可调的处理腔600的另一 RF接地返回装置。类似于图4与5，下电极支承结构可以活动且可以包括接地环602。因此，当下电极支承结构垂直移动时，接地环602也会沿相同的方向移动。在本发明的实施方式中，RF接地返回装置包括弹簧承载的滑动接触装置。在实施方式中，弹簧承载的滑动接触装置可以由诸如钢等导电材料制成。弹簧承载滑动接触装置可以包括弹簧部件604。弹簧部件604例如可以是弹簧片。在固定点606可以将弹簧部件 604固定于限制环612。在实施方式中，弹簧部件604可以包括被偏置抵在接地环602表面 610的接触点608。因此，当垂直移动下电极支承结构时，接地环602在保持与限制环612RF接触的同时也会上下移动。通过弹簧承载的滑动接触装置，当RF返回电流在其返回到RF源路径上沿着限制环612内部流回到接地环602时提供短的RF返回路径642。图7示出了在实施方式中用于间隙可调的处理腔700的另一 RF接地返回装置。在实施方式中，限制环712可以包括延伸部702。延伸部702可以平行于接地环706的侧表面壁704，接地环706是可动下电极支承结构的一部分。延伸部702被用于在限制环712与接地环706之间创建大电容的区域。本领域的技术人员知晓电容与阻抗成反比例关系。因此，电容值越高，阻抗值就越低。为了创建高电容区域(诸如电容为10到100毫微法拉的高电容区域)，将延伸部 702设置为紧挨接地环706，因为一个区域的电容与其面积成正比例且与延伸部和接地环 706之间的距离成反比例。通过高电容，延伸部702与接地环706之间的间隙(710)充当 RF短路(RF short)并使RF返回电流能从限制环712流到接地环706。换而言之，延伸部 702与接地环706创建了低阻抗路径。因为RF返回电流倾向于流过最低阻抗的最短路径， 所以由延伸部702提供的RF返回路径742(通过间隙710)优于图1现有技术的路径142。 因此，在将等离子体限制在受限容积腔内的同时提供了更短的RF返回路径。如从前述可以领会到的那样，本发明的一个或更多实施方式提供的RF接地环装置被配置为在基本避免RF场建立在处理腔容积腔外部的同时建立了短的RF返回路径。 通过创建相对低阻抗的RF返回路径，RF返回电流更倾向于使用RF接地返回装置提供的更理想的RF返回路径流回到RF源。因为RF返回路径远离处理腔的外部区域，所以基本上消除了在受限容积腔外部引发不受限等离子体的可能性。虽然已经以若干优选实施方式的形式描述了本发明，但其具有的变化、置换及等同均落入本发明的范围。虽然此处提供了各种范例，但这些范例的目的是说明而不是限制本发明。另外，虽然本发明是以电容耦合等离子体(CCP)处理系统描述的，但是本发明也可以应用于有关电感耦合等离子体处理系统或者混合等离子体处理系统。另外，此处提供的名称与概要(summary)是为了方便起见而不应该用于解释本发明权利要求的范围。进一步地，摘要以高度缩略的形式书写且为方便起见提供于此，因此不应该用于解释或限制由权利要求解释的全部发明。如果此处使用了术语“成套”，该术语意图具有涵盖0、1或大于1个部件的通常理解的数学含义。还应该注意到实施本发明的方法和装置具有许多替换方式。因此意图将以下所附权利要求解释为包括落入本发明真实精神与范围内的所有这样的变化、置换和等同。
权利要求
1.一种射频(RF)接地返回装置，其用于在处理衬底期间为等离子体处理腔的处理腔内的RF电流提供低阻抗的RF返回路径，包括成套限制环，其中所述成套限制环被配置为围绕受限容积腔，其中所述受限容积腔被配置为在衬底处理期间维持用于刻蚀所述衬底的等离子体；下电极支承结构；以及实现RF接触的部件，其中所述实现RF接触的部件在所述成套限制环与所述下电极支承结构之间提供了 RF接触，使得所述低阻抗的RF返回路径帮助所述RF电流返回到RF源。
2.根据权利要求1所述的RF接地返回装置，其中所述实现RF接触的部件由导电材料制成。
3.根据权利要求2所述的RF接地返回装置，其中所述下电极支承结构为固定结构。
4.根据权利要求3所述的RF接地返回装置，其中所述实现RF接触的部件为RF衬垫。
5.根据权利要求2所述的RF接地返回装置，其中所述下电极支承结构为可动结构且所述实现RF接触的部件为RF衬垫。
6.根据权利要求5所述的RF接地返回装置，其中所述RF衬垫是柔性的，因此当所述下电极支承结构垂直移动时所述RF衬垫能使所述下电极支承结构与所述成套限制环保持所述RF接触。
7.根据权利要求5所述的RF接地返回装置，其中所述实现RF接触的部件为弹簧承载的接触滑动装置，其中所述弹簧承载的接触滑动装置包括固定于所述成套限制环的弹簧部件，其中所述弹簧部件偏置抵靠所述下电极支承结构的侧壁并被配置为当所述下电极支承结构垂直移动时通过弹簧接触点与所述下电极支承结构保持接触。
8.根据权利要求7所述的RF接地返回装置，其中所述弹簧部件为弹簧片。
9.根据权利要求5所述的RF接地返回装置，其中所述实现RF接触的部件为RF杆。
10.根据权利要求9所述的RF接地返回装置，其中所述下电极支承结构包括填充导电液体的凹槽。
11.根据权利要求10所述的RF接地返回装置，其中所述导电液体为水银。
12.根据权利要求11所述的RF接地返回装置，其中所述RF杆被设置在所述导电液体内，因此在所述成套限制环与所述下电极支承结构之间提供所述RF接触。
13.根据权利要求12所述的RF接地返回装置，其中衬垫被配置为为所述导电液体提供覆盖物，从而防止在将所述RF杆配置在所述导电液体时所述导电液体进入所述受限容积腔。
14.根据权利要求13所述的RF接地返回装置，其中所述衬垫为0型圈。
15.根据权利要求5所述的RF接地返回装置，其中所述实现RF接触的部件为所述成套限制环的延伸部。
16.根据权利要求15所述的RF接地返回装置，其中所述延伸部与所述下电极支承结构的侧表面区域平行。
17.根据权利要求16所述的RF接地返回装置，其中所述延伸部被设置为靠近所述下电极支承结构以便在所述延伸部与所述下电极支承结构之间创建大电容区域，从而为所述RF 电流回到所述RF源提供所述低阻抗的RF返回路径。
18.根据权利要求1所述的RF接地返回装置，其中所述低阻抗的RF返回路径帮助所述RF电流回到所述RF源而不使所述RF电流在所述受限容积腔外部产生RF场，从而避免在所述处理期间引发不受限等离子体。
19.根据权利要求1所述的RF接地返回装置，其中所述处理腔为电容耦合等离子体处理腔。
20.根据权利要求1所述的RF接地返回装置，其中所述成套限制环由导电材料制成。
全文摘要
本发明提供了一种射频(RF)接地返回装置，用于在衬底处理期间为等离子体处理腔的处理腔内的RF电流提供低阻抗RF返回路径。所述RF接地返回装置包括被配置为围绕受限容积腔的成套限制环，所述受限容积腔被配置为在衬底处理期间维持刻蚀所述衬底的等离子体。所述RF接地返回装置还包括下电极支承结构。所述RF接地返回装置进一步包括实现RF接触的部件，所述实现RF接触的部件在所述成套限制环与所述下电极支承结构之间提供了RF接触，使得所述低阻抗RF返回路径帮助所述RF电流返回到RF源。
文档编号H01L21/3065GK102484063SQ201080037830
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者拉金德尔·德辛德萨, 阿列克谢·马拉赫塔诺夫, 阿基拉·克施施 申请人:朗姆研究公司