用於襯底處理的邊緣環裝置的製作方法

2023-06-03 19:43:46

專利名稱：用於襯底處理的邊緣環裝置的製作方法
用於襯底處理的邊緣環裝置
背景技術：
等離子體處理的進步驅動了半導體工業的增長。由於半導體工業的高度競爭特
性，器件製造商想要使產量最大化並高效地利用襯底上能夠獲得的表面。在襯底的等離子 體處理過程中，需要控制多個參數以確保處理的器件的高產量。有缺陷的器件的通常原因 是缺乏襯底處理過程中的一致性。可能影響一致性的因素是襯底邊緣效應。有缺陷的器件 的另一個原因可能是由於在轉移過程中聚合物副產品從一個襯底的後部脫落，落到另一個
襯底上。 當前的製造技術面臨著對更高性能器件的需要、進一步減少襯底特徵尺寸的壓力 以及更新的最優襯底材料的實現的挑戰。例如，保持更大的襯底(例如，> 300毫米)上從 中心到邊緣的一致性或處理結果變得越來越困難。通常，對於給定的特徵尺寸，隨著襯底的 尺寸變得更大，邊緣附近襯底上的器件的數量增加。同樣地，對於給定的襯底尺寸，隨著器 件的特徵尺寸的減小，邊緣附近襯底上的器件的數量增加。例如，通常，襯底上的器件總數 的20%以上位於襯底的圓周附近。 圖1顯示了具有單一熱邊緣環的電容耦合等離子體處理系統的簡圖。通常，通過 電容耦合，由源射頻發生器112產生的源射頻通常被用於產生等離子體，以及控制該等離 子體的密度。某些刻蝕應用可能要求上電極相對於下電極(其被射頻接電)接地。該射頻 電力是2MHz、27MHz和60MHz中的至少一個。又一種刻蝕應用可能要求該上電極和該下電 極兩者都被使用類似的射頻頻率射頻接電。 —般來說，一組適當的氣體通過上電極102中的進口流入。然後該氣體被離子化 以形成等離子體104，以處理(例如，刻蝕或沉積在)襯底106 (比如半導體襯底或玻璃平 板)的暴露區域，在靜電卡盤(ESC) 108上有熱邊緣環(HER)116(例如，矽等)，該靜電卡盤 108也作為接電電極。 熱邊緣環116通常執行多種功能，包括在ESC108上定位襯底106以及遮擋不在襯 底自身保護下的下方元件免於被等離子體的離子損害。熱邊緣環116，如圖l所示，被置於 襯底106的邊緣的下方和周圍。熱邊緣環116可以進一步坐落在耦合環114(例如，石英 等)上，其通常被配置為提供從卡盤108到熱邊緣環116的電流通路。
在圖1的實施例中，絕緣體環118和120被配置為提供ESC108和接地環122之間 的隔離。石英罩124被置於接地環122上。耦合環114的材料可以是石英或者合適的材料 以優化從ESC 108到HER116的射頻耦合。例如，可以使用石英作為耦合環114以最小化到 HER 116的射頻耦合。在另一個實施例中，可以使用鋁作為耦合環114以增強到HER 116的 射頻耦合。 由於襯底邊緣效應，比如電場、等離子體溫度和來自工藝化學物質的負載作用，在 等離子體處理過程中，襯底邊緣附近的處理結果可能不同於襯底的其它(中心)區域的 處理結果。例如，襯底106邊緣周圍的電場可能由於來自到HER 116的射頻耦合的變化 而變化。等離子體包層的等勢線可能被破壞，在襯底邊緣周圍帶來不一致的離子角分布 (angular distribution)。
—般來說，人們希望電場在襯底的整個表面上方保持大體恆定，以保持處理的一 致性和豎直的刻蝕輪廓。在等離子體處理過程中，可以通過設計最優化襯底106和HER 116 之間的射頻耦合平衡以保持處理的一致性和縱向刻蝕。例如，可以將到HER 116的射頻耦 合最優化為最大的射頻耦合以獲得一致刻蝕。然而，保持處理一致性的射頻耦合平衡可能 帶來斜緣(beveled edge)聚合體沉積的代價。 在刻蝕處理過程中，聚合物副產品(例如，氟化聚合物等)在襯底背部上和/或襯 底邊緣周圍形成是常見的。氟化聚合物通常是由先前暴露於刻蝕化學物質的光刻膠材料或 者碳氟化合物刻蝕處理過程中沉積的聚合物副產品組成的。通常，氟化聚合物是一種具有 化學式CxHyFz的物質，其中x、 z是大於0的整數，而y是大於或等於0的整數(例如，CF4、 (^6、鵬、(:/8、(^8等)。 然而，當連續的聚合物層作為一些不同刻蝕處理的結果而沉積在邊緣區域時，通 常堅固而粘著的有機粘結物會最終削弱並脫落或剝離，通常在轉移過程中會落在另一個襯 底上。例如，襯底通常是通過基本清潔的容器(通常稱為盒)在各等離子體處理系統之間 成組移動的。當放置的較高的襯底在該容器中移動時，一部分聚合物層可能會落到較低的 襯底上(那裡存在晶粒)，有可能影響器件的良率。 圖2顯示了襯底的簡圖，其中顯示一組邊緣聚合物已經沉積在平坦的背部上。如 前所述，在刻蝕處理過程中，聚合物副產品(邊緣聚合物)在襯底上形成是常見的。在此實 施例中，聚合物副產品已經沉積在平坦的背部，也就是說，襯底上遠離等離子體的那一側。 例如，聚合物的厚度可以是在大約70° 202處為大約250nm，在大約45。 204處為270nm， 在0° 206處為大約120nm。通常，聚合物的厚度越大，聚合物的一部分變得移位並落在另 一個襯底或者卡盤上，從而影響生產良率的概率越高。 例如，到HER 116的射頻耦合可以最優化為最小的射頻耦合以減少聚合物副產品 在斜緣上的沉積。然而，最小化斜緣聚合物沉積的射頻耦合平衡可能帶來保持襯底邊緣的 處理一致性的代價。 因此，上述現有技術方法要求熱邊緣環和襯底之間的射頻耦合平衡，以在對邊緣 一致性或斜緣聚合物沉積的優化之間取得平衡。另外，晶片邊緣和熱邊緣環之間的電弧可 能導致襯底邊緣上的凹陷(Pitting)並對器件帶來損害，由此降低良率。

發明內容
在一個實施方式中，本發明涉及一種在等離子體處理室中處理襯底的方法。該襯 底被置於卡盤上方並被第一邊緣環圍繞。該第一邊緣環被從該卡盤電性絕緣。該方法包括 提供第二邊緣環。該第二邊緣環被置於該襯底的邊緣下方。該方法進一步包括提供耦合環。 該耦合環被配置為協助從ESC(靜電卡盤)組件到該第一邊緣環的射頻耦合，由此使得在襯 底處理過程中該第一邊緣環具有邊緣環電勢，並使得在該襯底處理過程中該射頻耦合在該 第一邊緣環被最大化並在該第二邊緣環被最小化。 上述發明內容只涉及此處揭示的本發明的許多實施方式中的一個，並不意在限制 本發明的範圍，該範圍如權利要求所述。在下面本發明的具體實施方式
部分，結合附圖，對 本發明的這些及其他特徵進行更加詳細的描述。


本發明是以附圖的各圖中的實施例的方式進行說明的，而不是以限制的方式，其 中類似的參考標號表示類似的元件，其中 圖1顯示了具有單一熱邊緣環的電容耦合等離子體處理系統的簡圖。
圖2顯示了襯底的簡圖，其中顯示一組邊緣聚合物已經沉積在平坦的背部上。
圖3顯示了，按照本發明的一個實施方式，配置有雙邊緣環的電容耦合等離子體
處理系統的簡圖。 圖4顯示了，按照本發明的一個實施方式，配置有多個熱邊緣環的多頻電容耦合 等離子體處理系統。
具體實施例方式
現在參考附圖中描繪的一些實施方式，對本發明進行詳細描述。在下面的描述中， 闡明了許多具體細節以提供對本發明的徹底理解。然而，顯然，對於本領域的技術人員來 說，本發明沒有這些具體細節中的一些或全部仍然可以實施。在其它情況下，沒有對已知的 工藝步驟和/或結構進行詳細描述，以免不必要地模糊本發明。 下面描述了包括方法和技術在內的各種實施方式。應當記住，本發明也涵蓋包括 計算機可讀介質的製造品，在該計算機可讀介質上存儲有用於執行本發明的技術的各實施 方式的計算機可讀指令。計算機可讀介質可能包括，例如，半導體、磁的、光磁的、光學的或 者其它形式的用於存儲計算機可讀代碼的計算機可讀介質。進一步，本發明還可涵蓋用於 實現本發明的各實施方式的裝置。這樣的裝置可能包括電路(專用的和/或可編程的)以 執行與本發明的各實施方式有關的任務。這樣的裝置的實施例包括被適當編程的通用計算 機和/或專用計算裝置，並可包括適於執行與本發明的各實施方式有關的各種任務的計算 機/計算裝置和專用/可編程電路。 按照本發明的實施方式，提供用於配置等離子體處理系統以提高對等離子體處理 參數的控制的裝置。本發明的實施方式包括向多個熱邊緣環提供獨立的射頻耦合以在襯底 和每個邊緣環之間產生期望的電勢差。因此，給定的等離子體處理的等離子體包層的等勢 線可以被最優化以實現襯底邊緣的一致的刻蝕，而又不妨礙從該襯底的斜緣清潔聚合物副
A 口 廣PR o 在本發明的一個或多個實施方式中，第一熱邊緣環被置於襯底的邊緣周圍。在一 個實施方式中，第一HER可以是由矽(Si)、氮化矽(SiN)和/或二氧化矽(Si02)製成的。在 一個實施方式中，第一 HER可進一步坐落於耦合環上以提供從ESC下電極到第一 HER的射 頻耦合以最小化襯底和第一HER之間的電勢差。因此，對於給定的等離子體，等離子體包層 的等勢線被優化以使對該襯底邊緣的離子轟擊保持筆直。在該襯底邊緣的豎直的離子轟擊 可以確保等離子體處理過程中相對於該襯底中心的一致刻蝕。 在一個實施方式中，第二HER(由絕緣體環絕緣)被置於該襯底邊緣下。在一個實 施方式中，第二HER可以是由矽(Si)、氮化矽(SiN)和/或二氧化矽(Si02)製成的。第二 HER被該絕緣體環從該襯底、該第一邊緣環、ESC和ESC下部本體絕緣。該絕緣體環可以是 由絕緣體材料(比如石英)製成的以實現從ESC下電極的射頻去耦合(decoupling)。本發 明的實施方式在該襯底和該第二HER之間提供了很高的電壓電勢以在襯底的斜緣上帶來電弧，以除去該襯底斜緣上沉積的聚合物副產品。 在本發明的另一個實施方式中，第二HER被直接置於該襯底下並在該絕緣體環 上。在一個實施方式中，第二HER可以是由SiN或Si(^製成的。在一個實施方式中，到第二 HER的射頻耦合可以被優化以在該襯底和該第二 HER之間提供最大電勢差以在該襯底斜緣 上引發電弧以清潔聚合物副產品。 參考下面的附圖和討論，可以更好地理解本發明的特徵和優點。圖3顯示了，按照 本發明的一個實施方式，配置有雙邊緣環的電容耦合等離子體處理系統300的簡圖。
等離子體處理系統300可以是單頻、雙頻或三頻射頻電容性放電系統(discharge system)。在一個實施例中，射頻可包括但不限於，例如，2MHz、 27MHz和60MHz 。等離子體處 理系統300可以被配置為包括位於靜電卡盤(ESC)308上方的襯底306。 ESC 308(其也充 當接電電極)被置於ESC下電極310上方。 考慮這種情況，例如，其中正在處理襯底306。在等離子體處理過程中，具有到地通 路(未示以簡化該圖)的多頻射頻發生器312可以通過射頻匹配網絡(未示以簡化該圖) 向ESC下電極310供應低射頻偏置電力。來自射頻發生器312的射頻電力可能與氣體(未 示以簡化該圖)相互作用以在上電極302和襯底306之間引燃等離子體304。可以使用等 離子體刻蝕襯底306和/或在襯底306上沉積材料以形成電子器件。 如圖3所示，某些特定刻蝕應用可能要求上電極302相對於下電極(其被RF接 電)接地。該射頻電力是2MHz、27MHz和60MHz中的至少一個。還有其他刻蝕應用可能要 求該上電極和該下電極兩者都被使用類似的射頻頻率射頻接電。 與只使用一個熱邊緣環的現有技術不同，在一個實施方式中，等離子體處理系統 300配置有多個熱邊緣環(HER)，例如，第一HER 314和第二HER 326。按照本發明的一個 實施方式，第一HER 314被置於襯底306的邊緣周圍。在一個實施方式中，第一 HER314可 以是矽(Si)、氮化矽(SiN)和/或二氧化矽(Si02)製成的。絕緣體環320可以在第一 HER 314和接地環322之間提供隔離。石英覆蓋環324被置於接地環322頂上。第一 HER 314 可進一步坐落於耦合環318上。耦合環318可以是由導電材料(比如鋁或石墨)製成以提 供從ESC組件(例如，ESC 308和ESC下電極310)到第一 HER 314的射頻耦合。
按照一個實施方式，從ESC組件到HER 314的射頻耦合可以被優化以提供相對於 襯底332上方的射頻外鞘電壓(VI)區域和襯底邊緣環330上方的射頻外鞘電壓(V2)區域 之間的類似的等離子體包層以產生最小電勢差(Vl-V2)。因此，對於給定的等離子體，該等 離子體包層的等勢線可以被優化以使襯底306邊緣的離子轟擊保持筆直。在襯底306邊緣 的豎直的離子轟擊可以確保等離子體處理過程中相對於該襯底中心的一致刻蝕。
在圖3的實現中，按照一個實施方式，第二HER 326 (由絕緣體環316絕緣)被置 於襯底306的邊緣下。在一個實施方式中，第二HER 326可以是由矽(Si)、氮化矽(SiN)和 /或二氧化矽(Si02)製成的。按照本發明的一個實施方式，第二HER 326被絕緣體環316 從襯底306、第一邊緣環314、 ESC 308和ESC下部本體310絕緣。絕緣體環316可以是由 絕緣體材料(比如石英)製成的以實現從ESC組件的射頻去耦合。 因為到第二 HER 326的射頻耦合可以被最小化，第二 HER 326上的感應電壓(V3) 與襯底306上的電壓(VI)相比可以很低。襯底306和第二HER 326之間的電壓電勢(Vl-V3) 可以很高。由於襯底306和第二HER 326之間很高的電壓電勢，在襯底306的斜緣上可能發成電弧。通常，電弧是一種不受歡迎的不可控事件。然而，在襯底的斜緣上沒有器件。因 此，按照本發明的一個實施方式，襯底306的斜緣上的電弧或微爆炸可以作為一種清潔機 制而需要，以除去該襯底的斜緣上沉積的聚合物副產品。 在現有技術中，只有一個HER且到該HER的射頻耦合被優化以在襯底邊緣的一致 刻蝕或斜緣的聚合物副產品的沉積之間取得平衡。與現有技術方法不同，可以使用具有到 每個熱邊緣環的獨立的射頻耦合的多個HER以實現一致刻蝕和聚合物副產品沉積的斜緣 清潔。 除了如圖3所討論的上述方法和裝置之外，可以提供其它的實施方式，其中可以 使用多個HER來提供對個別HER的獨立的射頻耦合。圖4顯示了 ，按照本發明的一個實施方 式，具有多個熱邊緣環的多頻電容耦合等離子體處理系統400。等離子體處理系統400可被 配置為包括接地上電極402、襯底406、靜電卡盤(ESC)408、 ESC下電極410、絕緣體環420、 接地環422和石英覆蓋環424。 考慮這種情況，例如，正在處理襯底406。當氣體(未示以簡化該圖)與來自射頻 電力產生器412的射頻電力相互作用時，可以激發等離子體404。可以使用等離子體404刻 蝕襯底406和/或在襯底406上沉積材料以形成電子器件。 如上所述，襯底邊緣效應，比如電場、等離子體溫度和來自處理化學物質的負載作
用，可能使得襯底邊緣附近的處理結果不同於襯底的其它(中心)區域的處理結果。例如，
該等離子體包層的等勢線可能被破壞，導致襯底邊緣周圍的不一致的離子角分布。 在圖4的實現中，第一HER 414被置於耦合環418上方並環繞襯底406的邊緣。在
一個實施方式中，第一HER 414可以是由矽製成的。在一個實施方式中，到第一HER 414的
射頻耦合可以被優化以在襯底406和第一HER 414之間提供最小電勢差(Vl-V2)以實現在
該襯底邊緣的一致刻蝕。 因此，該襯底邊緣環430上方的該等離子體包層相對於該襯底432上方的該等離
子體包層的等勢線被優化以使對襯底406邊緣的離子轟擊保持筆直。在襯底406邊緣的豎
直的離子轟擊可以確保等離子體處理過程中相對於該襯底中心的一致刻蝕。 如圖4所示，第二HER 426被直接置於襯底406下並在絕緣體環416頂上。在一
個實施方式中，第二HER 426可以是由SiN或Si(^製成的。在一個實施方式中，到第二 HER
426的射頻耦合可以被優化以在襯底406和第二 HER 426之間提供最大的電勢差(V1-V3)
以在該襯底斜緣上引發電弧以清潔聚合物副產品。 從上文可以看出，本發明的各實施方式提供用於提供來自多個HER的每個熱邊緣 環的獨立的射頻耦合，而不使用外部硬體設備的方法和裝置。通過使用到多個HER的獨立 的射頻耦合，可以實現在襯底邊緣的刻蝕一致性而又不會犧牲在該斜緣處的聚合物副產品 的清潔。另外，該熱邊緣環裝置的設計為現有的等離子體處理設備進行改裝簡單而廉價。
儘管依據一些優選實施方式描述了本發明，然而，存在落入本發明範圍的變更、置 換和等同。而且，此處提供的名稱、發明內容和摘要是為了方便，不應當被用於解釋此處權 利要求的範圍。還應當注意，有許多實現本發明的方法和裝置的替代方式。儘管此處提供 了各種實施例，這些實施例意在是說明性的而非對本發明進行限制。而且，在此申請中，一 組"n"個項目指的是該組中的O個或以上的項目。因而，所附權利要求的範圍意在被解讀 為包括所有這些落入本發明的真實精神和範圍的變更、置換和等同。
權利要求
一種在等離子體處理室中處理襯底的方法，所述襯底被置於卡盤上方並被第一邊緣環圍繞，所述第一邊緣環被從所述卡盤電性絕緣，包含提供第二邊緣環，所述第二邊緣環被置於所述襯底的邊緣下方；以及提供耦合環，其中所述耦合環被配置為協助從ESC(靜電卡盤)組件到所述第一邊緣環的射頻耦合，由此使得在襯底處理過程中所述第一邊緣環具有邊緣環電勢，並使得在所述襯底處理過程中所述射頻耦合在所述第一邊緣環被最大化並在所述第二邊緣環被最小化。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包含提供被配置為封裝所述第二邊緣環的絕緣 體環。
3. 根據權利要求1所述的方法，進一步包含提供絕緣體環，其中所述第二邊緣環被置 於所述絕緣體環上方。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一熱邊緣環是由包括矽、氮化矽和二氧化 矽中的至少一種的材料形成的。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述耦合環是由包括導電材料、鋁和石墨中的至 少一種的材料形成的。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第二熱邊緣環是由包括矽、氮化矽和二氧化 矽中的至少一種的材料形成的。
7. 根據權利要求2所述的方法，其中所述絕緣體環是由包括絕緣體材料和石英中的至 少一種的材料形成的。
8. 根據權利要求3所述的方法，其中所述絕緣體環是由包括絕緣體材料和石英中的至 少一種的材料形成的。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中被傳遞到所述卡盤的所述射頻電力具有包括約 2MHz、約27MHz和約60MHz中的至少一種的一組射頻頻率。
10. —種具有配置為處理襯底的等離子體處理室的等離子體處理系統，所述襯底被置 於卡盤上方並被第一邊緣環圍繞，所述第一邊緣環被從所述卡盤電性絕緣，包含第二邊緣環，所述第二邊緣環被置於所述襯底的邊緣下方；以及耦合環，其中所述耦合環被配置為協助從ESC(靜電卡盤)組件到所述第一邊緣環的射 頻耦合，由此使得在襯底處理過程中所述第一邊緣環具有邊緣環電勢，並使得在所述襯底 處理過程中所述射頻耦合在所述第一邊緣環被最大化並在所述第二邊緣環被最小化。
11. 根據權利要求io所述的等離子體處理系統，進一步包含被配置為封裝所述第二邊緣環的絕緣體環。
12. 根據權利要求IO所述的等離子體處理系統，進一步包含絕緣體環，其中所述第二 邊緣環被置於所述絕緣體環上方。
13. 根據權利要求10所述的等離子體處理系統，其中所述第一熱邊緣環是由包括矽、 氮化矽和二氧化矽中的至少一種的材料形成的。
14. 根據權利要求IO所述的等離子體處理系統，其中所述耦合環是由包括導電材料、 鋁和石墨中的至少一種的材料形成的。
15. 根據權利要求10所述的等離子體處理系統，其中所述第二熱邊緣環是由包括矽、 氮化矽和二氧化矽中的至少一種的材料形成的。
16. 根據權利要求11所述的等離子體處理系統，其中所述絕緣體環是由包括絕緣體材料和石英中的至少一種的材料形成的。
17. 根據權利要求12所述的等離子體處理系統，其中所述絕緣體環是由包括絕緣體材 料和石英中的至少一種的材料形成的。
18. 根據權利要求IO所述的等離子體處理系統，其中被傳遞到所述卡盤的所述射頻電 力具有包括約2MHz、約27MHz和約60MHz中的至少一種的一組射頻頻率。
全文摘要
提供一種在等離子體處理室中處理襯底的方法。該襯底被置於卡盤上方並被第一邊緣環圍繞。該第一邊緣環被從該卡盤電性絕緣。該方法包括提供第二邊緣環。該第二邊緣環被置於該襯底的邊緣下方。該方法進一步包括提供耦合環。該耦合環被配置為協助從ESC(靜電卡盤)組件到該第一邊緣環的射頻耦合，由此使得在襯底處理過程中該第一邊緣環具有邊緣環電勢，並使得在該襯底處理過程中該射頻耦合在該第一邊緣環被最大化並在該第二邊緣環被最小化。
文檔編號H01L21/3065GK101730931SQ200880022423
公開日2010年6月9日 申請日期2008年6月20日 優先權日2007年6月28日
發明者拉金德爾·德辛德薩, 阿列克謝·馬拉赫塔諾夫 申請人:朗姆研究公司