等離子體處理系統(tǒng)中的射頻（rf）接地返回及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及等離子體處理系統(tǒng)中的射頻（RF）接地返回及其方法。本發(fā)明公開了用于以至少兩種模式操作等離子體處理工具的等離子體處理腔的方法和裝置。在第一模式，襯底支撐組件在間隙可調范圍內可移動以調節(jié)電極之間的間隙，從而適應不同的處理需求。在第一模式，只要間隙距離在間隙可調范圍內，RF接地返回路徑連續(xù)性便被保持而與間隙距離無關。在第二模式，襯底支撐組件能夠移動以進一步打開間隙從而容納無阻礙的襯底裝載/卸載。
【專利說明】等離子體處理系統(tǒng)中的射頻(RF)接地返回及其方法
在先申請
[0001]本申請要求根據35USC.119(e)由Dhindsa等人于2012年8月31日遞交的、發(fā)明名稱為“等離子體處理系統(tǒng)中的RF接地返回及其方法”的共同臨時申請(美國申請?zhí)枮?1/696，110)的優(yōu)先權。該美國申請的全部內容被引入下文。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及等離子體處理系統(tǒng)，更具體地涉及等離子體處理系統(tǒng)中的RF接地返回及其方法。
【背景技術】
[0003]等離子體處理長期用于處理襯底以形成電子集成電路，電子集成電路可接著被處理成成品電子產品。在等離子體處理中，具有一個或多個等離子體處理腔的等離子體處理系統(tǒng)可被用于將一個或多個襯底處理成電子集成電路。
[0004]一般來說，等離子體處理腔是封閉容積，可在其中產生等離子體用于沉積、蝕刻、等離子體清洗及類似。等離子體可由不同的等離子體產生技術產生，包括例如電感耦合等離子體、電容耦合等離子體、微波、電子回旋諧振(ECR)及類似。
[0005]在本專利申請中，實施例將參照電容耦合等離子體處理腔進行討論。然而，需要理解本文所討論的原理和概念可被用于不同的等離子體產生技術和不同的等離子體處理系統(tǒng)。
[0006]在一個典型的電容耦合等離子體處理腔中，提供兩個或者更多的電極。例如，襯底支撐結構(襯底被置于其上以進行處理)可構成一個電極，另一個電極可置于所述襯底支撐結構的上方。位于兩個電極之間的空間的容積通常定義了等離子體產生容積?？砂ú煌煞謿怏w的處理源氣體可被注入該等離子體產生容積并且RF能量可被提供給一個或全部兩個電極。
[0007]所述RF能量從處理源氣體中產生等離子體，并且所述等離子體之后可被用于處理襯底，在本例中所述襯底被置于襯底支撐電極上。
[0008]電感耦合等離子體處理腔采用電感天線或線圈和電感耦合裝置以在等離子體產生容積中產生等離子體。電感耦合等離子體處理腔能夠形成稠密等離子體并且可被某些應用偏愛。在最近幾年，等離子體處理系統(tǒng)也發(fā)展成利用電感耦合裝置和電容耦合裝置二者來產生等離子體。
[0009]在許多等離子體處理腔中，襯底支撐組件可以是可移動的，以方便襯底的裝載和/或卸載。一旦襯底裝載完成并且襯底被置于襯底支撐件上，襯底支撐組件可被提升以使用于等離子體處理的間隙變窄。
[0010]在一些其他腔中，等離子體產生容積也可變化以適應不同的配方要求。例如，在電容耦合等離子體處理腔中，電極間間隙(即上電極和下電極之間的間隙)可以根據不同的配方而變化。不論等離子體處理期間的間隙尺寸，保持RF返回電流傳導路徑以適當地弓I發(fā)和維持令人滿意的等離子體是重要的。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的實施方式涉及用于使兩種容量在單一腔中實現(xiàn)的方法和裝置。在本發(fā)明的一個或多個實施方式中，等離子體處理腔為便于襯底的裝載/卸載而具有寬的間隙容量，以及為執(zhí)行要求不同電極間間隙尺寸的不同配方而具有窄但可變的間隙容量。更重要地，可變間隙等離子體處理腔的實施方式不論在等離子體處理過程中采用的間隙尺寸，保持了適當的RF返回電流傳導路徑。
[0012]在一或多種實施方式中，本發(fā)明提供了一種用于襯底的等離子體處理的等離子體處理腔，該等離子體處理腔包括:上部接地組件；可移動襯底支撐組件，所述可移動襯底支撐組件在所述等離子體處理期間支撐所述襯底，所述可移動襯底支撐組件具有接地架部分，據此在所述可移動襯底支撐組件的上表面和所述上部接地組件的下表面之間的間隙限定等離子體產生區(qū)域，并且據此所述可移動襯底支撐組件能夠朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的軸的方向移動，以調節(jié)所述間隙；外圍接地環(huán)，其被設置為圍繞所述可移動襯底支撐組件，據此所述外圍接地環(huán)能夠可滑動地相對于所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的所述軸的方向移動；至少一個彈性RF導體，其用以在所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)之間提供RF耦合；多個活塞，其被有效地連接到所述可移動襯底支撐組件的所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)，所述多個活塞中的每一個具有預先定義的行程長度以定義所述外圍接地環(huán)的第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)，所述第一操作狀態(tài)的特征在于當可移動襯底支撐組件朝著平行于所述軸的所述方向移動以調節(jié)所述間隙時，所述多個活塞在所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)之間傳導偏置力來保持所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF接觸，所述第二操作狀態(tài)的特征在于當所述可移動襯底支撐組件的所述接地架部分移動離開所述上部接地組件使得所述外圍接地環(huán)不再通過所述多個活塞被偏置抵靠所述上部接地組件時所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF中斷。所述多個活塞是彈簧承載的。所述接地架部分電絕緣于所述可移動襯底支撐組件的至少另一個部分。所述可移動襯底支撐組件的所述至少另一個部分由RF信號供電。所述接地架部分包括接地套筒部分，所述接地套筒部分覆蓋所述可移動襯底支撐組件的外表面的至少一部分，所述套筒部分具有套筒高度，所述外圍接地環(huán)設置于所述接地套筒部分的外面并且能夠相對于所述接地套筒部分的外表面移動。所述活塞中的第一活塞包括錐形的自動定心的活塞頭部，所述活塞頭部配置成設置在所述上部接地組件中的自動定心腔室內。所述等離子體處理腔進一步包括RF襯墊，所述RF襯墊置于所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間。
[0013]在一或多種實施方式中，本發(fā)明提供了一種用于襯底的等離子體處理的等離子體處理腔，該等離子體處理腔包括:上部接地組件；可移動襯底支撐組件，所述可移動襯底支撐組件在所述等離子體處理期間支撐所述襯底；外圍接地環(huán)，其被設置為圍繞所述可移動襯底支撐組件，所述外圍接地環(huán)能夠可滑動地相對于所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的軸的方向移動；至少一個彈性RF導體，其用以在所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)之間提供RF耦合；多個彈簧承載活塞，其被有效地連接到所述外圍接地環(huán)和所述可移動襯底支撐組件，當所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述軸的所述方向移動時，偏置所述外圍接地環(huán)抵靠所述上部接地組件，以保持所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF接觸。所述接地架部分電絕緣于所述可移動襯底支撐組件的至少另一個部分。所述可移動襯底支撐組件的所述至少另一個部分由RF信號供電。所述接地架部分包括接地套筒部分，所述接地套筒部分覆蓋所述可移動襯底支撐組件的外表面的至少一部分，所述套筒部分具有套筒高度，所述外圍接地環(huán)設置于所述接地套筒部分的外面并且沿著所述接地套筒部分的外表面可滑動地移動。所述活塞中的第一活塞包括錐形的自動定心的活塞頭部，所述活塞頭部配置成設置在所述上部接地組件中的自動定心腔室內。所述上部接地組件包括上電極和接地外圍罩，當在所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間形成所述RF接觸時，所述外圍接地環(huán)與所述接地外圍罩建立RF接觸。所述等離子體處理腔進一步包括RF襯墊，所述RF襯墊置于所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間。
[0014]在一或多種實施方式中，本發(fā)明提供了一種用于襯底的等離子體處理的等離子體處理腔，該等離子體處理腔包括:上部接地組件；可移動襯底支撐組件，所述可移動襯底支撐組件在所述等離子體處理期間支撐所述襯底，所述可移動襯底支撐組件具有接地部分，據此在所述可移動襯底支撐組件的上表面和所述上部接地組件的下表面之間的間隙限定等離子體產生區(qū)域，并且據此所述可移動襯底支撐組件能夠朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的軸的方向移動，以調節(jié)所述間隙；外圍接地環(huán)，其被設置為圍繞所述可移動襯底支撐組件，據此所述外圍接地環(huán)能夠相對于所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的所述軸的方向移動；至少一個彈性RF導體，其用以在所述接地部分和所述外圍接地環(huán)之間提供RF耦合；多個偏置裝置，其被有效地連接到所述可移動襯底支撐組件的所述接地部分和所述外圍接地環(huán)，所述多個偏置裝置中的每一個具有預先定義的行程長度以定義所述外圍接地環(huán)的第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)，所述第一操作狀態(tài)的特征在于當可移動襯底支撐組件朝著平行于所述軸的所述方向移動以調節(jié)所述間隙時，所述多個偏置裝置在所述接地部分和所述外圍接地環(huán)之間傳導偏置力來保持所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF接觸，所述第二操作狀態(tài)的特征在于當所述可移動襯底支撐組件的所述接地部分移動離開所述上部接地組件使得所述外圍接地環(huán)不再通過所述多個偏置裝置被偏置抵靠所述上部接地組件時所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF中斷。所述多個偏置裝置是彈簧承載活塞。所述等離子體處理腔是窄間隙電容耦合等離子體處理腔。所述接地部分電絕緣于所述可移動襯底支撐組件的至少另一個部分。所述可移動襯底支撐組件的所述至少另一個部分由RF信號供電。所述接地部分包括接地套筒部分，所述接地套筒部分覆蓋所述可移動襯底支撐組件的外表面的至少一部分，所述套筒部分具有套筒高度，所述外圍接地環(huán)設置于所述接地套筒部分的外面并且能夠相對于所述接地套筒部分的外表面移動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]本發(fā)明通過附圖中的圖形以舉例而非限制的方式來說明，且其中相似的附圖標記指代相似部件并且其中:
[0016]圖1，為了比較的目的，示出了具有可移動襯底支撐組件的典型現(xiàn)有技術的等離子體處理腔；
[0017]圖2示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的一種裝置，其允許等離子體處理腔在兩個操作狀態(tài)下操作:電極間間隙可調節(jié)操作狀態(tài)(第一操作狀態(tài))和襯底裝載/卸載狀態(tài)(第二操作狀態(tài));
[0018]圖3示出了 RF襯墊302與外圍接地環(huán)208的槽相符的實施例。
【具體實施方式】
[0019]參考附圖所示的幾個實施方式現(xiàn)在將具體描述本發(fā)明。在下面的描述中，說明了許多具體細節(jié)以便將本發(fā)明理解透徹。然而，對本領域技術人員來說，顯然沒有這些具體細節(jié)的某些或全部也可以實施本發(fā)明。在其他情況下，為了避免不必要地混淆本發(fā)明，所以沒有詳細描述已知的處理步驟和/或結構。
[0020]下面描述的各種實施方式包括方法與技術。應該注意到本發(fā)明還可以涵蓋包括計算機可讀介質的制品，所述計算機可讀介質上存儲有實施創(chuàng)造性技術實施方式的計算機可讀指令。所述計算機可讀介質例如可以包括存儲計算機可讀代碼的半導體的、磁的、光磁的、光的或者其他形式的計算機可讀介質。進一步地，本發(fā)明還可以涵蓋實施本發(fā)明實施方式的裝置。這些裝置可以包括執(zhí)行有關本發(fā)明實施方式的任務的專用和/或可編程的電路。這些裝置的范例包括適當編程的通用計算機和/或專用計算裝置，且可以包括適于執(zhí)行有關本發(fā)明實施方式的各種任務的計算機/計算裝置與專用/可編程電路的組合。
[0021]本發(fā)明的實施方式涉及能使等離子體處理腔在至少兩個操作狀態(tài)下操作的裝置和方法。在本專利申請中，實施例的討論是關于電容耦合等離子體處理腔。然而，需要理解本文所討論的原理和概念可被用于不同的等離子體產生技術和不同的等離子體處理系統(tǒng)。
[0022]在第一操作狀態(tài)，RF返回電流路徑被提供為從等離子體處理腔的上部接地組件到外圍接地環(huán)然后到可移動襯底支撐組件的接地架部分并最終到RF電源，以促進等離子體處理。在這個第一操作狀態(tài)，所述可移動襯底支撐組件可在間隙可調范圍內上下移動，以調節(jié)上電極和下電極之間的間隙(本文也稱為電極間間隙)以適應配方要求。當所述可移動襯底支撐組件的移動處于間隙可調范圍內時，RF返回電流連續(xù)性被保持。
[0023]在第二操作狀態(tài)，可移動襯底支撐組件被進一步移動遠離上部接地組件，從而使電極間間隙較之在間隙可調等離子體處理狀態(tài)期間存在的間隙進一步擴大，以方便襯底裝載和卸載。然而，在這第二操作狀態(tài)，RF返回電流路徑連續(xù)性不是必需的，并且在一個或多個實施方式中，RF中斷可存在在外圍接地環(huán)和等離子體處理腔的上部接地組件之間。
[0024]通過提供大大擴大間隙以用于襯底裝載/卸載的能力和在保持RF電流連續(xù)性的同時調節(jié)電極間間隙以適應不同配方的不同需要的能力這兩種能力，可獲得更大的彈性和改進的處理窗口。
[0025]本發(fā)明的實施方式的特征和優(yōu)勢參考附圖和隨之的討論可以更好地被理解。圖1，為了比較的目的，示出了具有可移動襯底支撐組件的典型現(xiàn)有技術的等離子體處理腔。圖1的所述示例的所述可移動襯底支撐組件可向下移動以方便襯底裝載/卸載或者可向上移動以閉合間隙從而方便襯底的等離子體處理。然而，在等離子體處理期間，圖1的所述等離子體處理腔的所述電極間間隙在不中斷RF返回電流連續(xù)性的情況下是不可調節(jié)的。
[0026]參考圖1，示出了電容耦合等離子體處理腔100 (未等比例顯示以簡化視圖)，其包括上部接地組件102?？梢苿右r底支撐組件104在等離子體處理期間支撐襯底106。一般來說，上電極被置于上部接地組件102的下表面的附近，而下電極被置于可移動襯底支撐組件104的上表面的附近。
[0027]間隙108存在于上部接地組件102的下表面和可移動襯底支撐組件104的上表面之間。由間隙108限定且被成套約束環(huán)(常規(guī)的且未示出)圍繞的容積通常限定了等離子體產生區(qū)域。約束環(huán)用來防止不想要的等離子體產生區(qū)域外的等離子體點火并且也可用于控制來自等離子體產生區(qū)域的廢氣的導通率。
[0028]在等離子體處理期間，RF電源120提供RF能量給下電極以從提供到等離子體產生區(qū)域的處理源氣體引發(fā)等離子體。RF電流流出等離子體產生區(qū)域的等離子體并且沿著上部接地組件102的表面流動到外圍接地環(huán)122，所述外圍接地環(huán)圍繞可移動襯底支撐組件104。這是常見的。RF電流最終返回到RF電源120，所述RF電源提供RF信號給可移動襯底支撐組件104。
[0029]為方便襯底106到可移動襯底支撐組件104的上表面上的裝載以及為方便襯底106在等離子體處理完成后從可移動襯底支撐組件104的上表面卸載，通過朝著由箭頭標記124所標示的方向向下移動襯底支撐組件104，間隙108可被大大地擴大使得間隙108足夠大到容納襯底轉運機器臂。
[0030]例如，在襯底裝載期間，襯底轉運機器臂可進入擴大的間隙108，以將襯底106放置于可移動襯底支撐組件104的上表面上。襯底106被放置于可移動襯底支撐組件104的上表面上后，襯底轉運機器臂從腔內部移出并且可移動襯底支撐組件104朝著向上箭頭126的方向向上移動以再次為等離子體處理使間隙108變窄。間隙108的閉合也允許外圍接地環(huán)122建立與上部接地組件102的RF接觸，從而在外圍接地環(huán)122和上部接地組件102之間建立RF返回電流連續(xù)性。在等離子體處理期間，RF返回電流連續(xù)性允許前述的RF返回電流從上部接地組件102流到外圍接地環(huán)122并且最終流到RF電源120。
[0031]然而，圖1的裝置不允許可移動襯底支撐組件104朝著箭頭124或126的方向移動以在保持RF返回電流連續(xù)性的同時調節(jié)間隙108。這是因為當可移動襯底支撐組件104從其固定的等離子體產生間隙向下(朝著箭頭124的方向)移動時，圖1的等離子體處理腔的設計引起到上部接地組件102或從上部接地組件102出來的RF返回電流路徑的中斷。沒有RF返回電流連續(xù)性，等離子體處理不能實行。因此，盡管圖1的腔設計可以提供增大的間隙容量以用于襯底裝載/卸載的目的，但是圖1的腔設計只能在固定間隙結構中進行襯底的等離子體處理。
[0032]因為現(xiàn)代配方通常要求上電極和下電極之間的間隙是可調節(jié)的，以應對不同的處理目標需求，本發(fā)明的實施方式促進電極間間隙的充分打開以方便襯底的裝載和卸載，以及促進較窄的電極間間隙的更漸進的調節(jié)以適應不同的處理目標需求。更重要地，當電極間間隙在其間隙可調范圍內被調節(jié)時，RF返回電流連續(xù)性被保持。
[0033]圖2示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的一種裝置，其允許等離子體處理腔在兩個操作狀態(tài)下操作:電極間間隙可調節(jié)操作狀態(tài)(第一操作狀態(tài))和襯底裝載/卸載狀態(tài)(第二操作狀態(tài))。所述第一操作狀態(tài)以上部接地組件和RF電源之間的RF返回電流路徑的保持為特征，所述RF電源提供RF能量給可移動襯底支撐組件。在這個操作狀態(tài)，電極間間隙可被設置為間隙可調范圍內的任意值。
[0034]所述第二操作狀態(tài)以較大電極間間隙(相對于間隙可調節(jié)操作狀態(tài))為特征，因而便于襯底裝載和卸載。在這第二操作狀態(tài)，不要求保持在上部接地組件和RF電源之間的RF返回電流連續(xù)性，所述RF電源提供RF能量給可移動襯底支撐組件。在一個或者多個實施方式中，在上部接地組件和RF電源之間的RF返回電流路徑中存在RF中斷，所述RF電源提供RF能量給可移動襯底支撐組件。
[0035]參考圖2，示出了上部接地組件202。在圖2的示例中，上部接地組件202包括接地罩202A和上部接地環(huán)202B，兩者都是RF接觸。
[0036]外圍接地環(huán)208被設置為圍繞可移動襯底支撐組件210的外周邊。可移動襯底支撐組件210的接地架部分212被固定地連接到可移動襯底支撐組件210。因此，當可移動襯底支撐組件210朝著箭頭214和216的方向向上和向下移動以調節(jié)電極間間隙以及打開電極間間隙以方便襯底裝載/卸載時，接地架部分212也朝著箭頭214和216的方向向上和向下移動。
[0037]在一個或者多個實施方式中，接地架部分212電絕緣于可移動襯底支撐組件210，因此當可移動襯底支撐組件210被RF信號提供動力時，接地架部分212可接地。
[0038]如上所述，外圍接地環(huán)208被設置為圍繞可移動襯底支撐組件210的外周邊并且所述外圍接地環(huán)208可滑動地朝著箭頭214和216的方向移動(即，朝著平行于可移動襯底支撐組件210的軸的方向)，因此外圍接地環(huán)208相對于可移動襯底支撐組件210 (以非接觸或接觸的方式)可滑動地移動。
[0039]外圍接地環(huán)208被多個活塞支撐，其中活塞230因例證的目的而示出。在圖2的示例中，活塞230通過彈簧232彈簧承載以對外圍接地環(huán)208施加向上的偏置力(箭頭214的方向)。當可移動襯底支撐組件210和接地架部分212朝著箭頭214的方向向上移動以閉合電極間間隙且所述電極間間隙是在可變間隙范圍內時，活塞230施加向上的偏置力(箭頭214的方向)，使外圍接地環(huán)208抵靠上部接地組件202的接地罩202A。為例證目的，也示出了示例的約束環(huán)226。在外圍接地環(huán)208和接地罩202A之間的RF接觸形成在圖2中的附圖標記234所示的位置。
[0040]在等離子體處理期間，在外圍接地環(huán)208和接地罩202A之間的RF接觸允許在上部接地組件202和外圍接地環(huán)208之間存在RF返回電流路徑。一個或多個彈性RF導體236提供從外圍接地環(huán)208到接地架部分212的RF返回電流路徑。接地架部分212與RF電源RF接地連接，所述RF電源提供RF信號給可移動襯底支撐組件210。
[0041]因此，當可移動襯底支撐組件210和接地架部分212朝著箭頭214的方向向上移動并且電極間間隙等于或小于可變間隙范圍時，接地架部分212 (通過所述活塞)使得外圍接地環(huán)208抵靠上部接地組件202的接地罩202A。建立了從上部接地組件202到外圍接地環(huán)208到彈性RF導體236到接地架部分212并且最終到RF電源(為簡化視圖未示出)的RF返回電流路徑。
[0042]活塞230是彈簧承載的，因此即使可移動襯底支撐組件210和接地架部分212朝著箭頭216的方向輕微地向下移動但保持在間隙可調范圍內，彈簧232仍然對活塞230保持向上的偏置力，以使外圍接地環(huán)208偏向上部接地組件202的接地罩202A，來保持RF返回電流路徑。注意，因為RF導體236是彈性的(例如彈性接地帶)，所以即使接地架部分212相對于外圍接地環(huán)208被移動(例如在電極間間隙調整期間)，RF電流連續(xù)性在外圍接地環(huán)208和接地架部分212之間仍被保持。
[0043]當可移動襯底支撐組件210進一步朝著箭頭216的方向向下移動時，容納活塞230的汽缸的表面240與活塞230的肩部242接觸并且推動肩部242(進而推動活塞230)向下。肩部242 (以及與其一起的活塞230)的向下移動釋放了活塞230作用于外圍接地環(huán)208的向上的偏置壓力。
[0044]在這種情況下，進入第二操作狀態(tài)(襯底裝載/卸載狀態(tài))，在第二操作狀態(tài)期間，電極間間隙被大大地擴大以方便襯底裝載和卸載。在襯底裝載/卸載操作狀態(tài)期間，因為外圍接地環(huán)208不再被活塞230推動向上抵靠接地罩202A，所以外圍接地環(huán)208在重力作用下向下移動。因此，外圍接地環(huán)208不會阻礙襯底的裝載/卸載。進一步地，由于外圍接地環(huán)208不再被活塞230推動向上抵靠接地罩202A，所以在RF返回電流路徑中存在RF中斷。
[0045]正如圖2中可看到的，間隙可調范圍從最窄電極間間隙尺寸(其由腔的設計決定)到使表面240與活塞的肩部242接觸的間隙尺寸。如果電極間間隙尺寸大于這一間隙可調范圍，則當不再被活塞向上(箭頭214方向)偏置的外圍接地環(huán)開始向下(箭頭216方向)掉落時，表面240將推動肩部242向下并且中斷外圍接地環(huán)208與接地罩202A之間的RF接觸。由于襯底裝載/卸載期間在等離子體產生容積中沒有等離子體存在，因此在襯底裝載/卸載期間，即使RF返回電流路徑連續(xù)性被中斷也不要緊。
[0046]圖2示出了接地套筒244。接地套筒244覆蓋了可移動襯底支撐組件210的外表面的至少一部分。接地套筒244允許外圍接地環(huán)208和接地套筒244兩者在等離子體處理期間處于大約一樣的RF電位，因此極大地降低了在接地套筒244和外圍接地環(huán)208之間的垂直間隙248中引發(fā)不想要的等離子體的可能性。被接地套筒244覆蓋的部分具有附圖標記246指示的高度，并且優(yōu)選地使尺寸足夠適當使得不論配方要求的電極間間隙尺寸如何，接地套筒244總是遮蔽所述可移動襯底支撐組件210的外表面以免在等離子體處理期間直接面對(direct line-of-sight)外圍接地環(huán)208。
[0047]在一個實施方式中，接地套筒244可與接地架部分212—體或一起成型。在另一個實施方式中，接地套筒244可以是一個獨立于接地架部分212的單獨部件。
[0048]襯底裝載完成之后，可移動襯底支撐組件210進而朝著箭頭214的方向向上移動以閉合電極間間隙，并且當電極間間隙等于或者小于可變間隙尺寸時建立RF返回電流路徑。一般來說，可移動襯底支撐組件210的移動可通過一個或多個拖動裝置完成，所述拖動裝置可以是用電的、機械的、液壓的、氣動的或磁力作用的。
[0049]可移動襯底支撐組件210及附接的接地架部分212的向上移動使活塞230向上移動直到活塞230開始推動外圍接地環(huán)208朝著箭頭214的方向向上。在可移動襯底支撐組件210和附接接地架部分212的向上移動過程中的某個時刻，在位置234處再次建立外圍接地環(huán)208和上部接地組件202的接地罩202A之間的RF接觸，以重建所述RF返回電流路徑。可移動襯底支撐組件210/接地架部分212向上移動期間，當外圍接地環(huán)208第一次與接地罩202A接觸時具有的電極間間隙是最大的可變間隙距離(即，可在等離子體處理期間存在并且仍然具有RF返回電流連續(xù)性的大的間隙距離)。
[0050]在一個或多個實施方式中，可在外圍接地環(huán)208和上部接地組件202的接地罩202A之間提供RF襯墊，以增強RF接觸性能。被形成為環(huán)的形式以配合外圍接地環(huán)208和接地罩202A中的一個或兩者中的槽的、由不銹鋼或其他適合的RF傳導材料制成的螺旋件代表一種這樣的適合的RF襯墊。圖3示出了這樣一種RF襯墊302的一個示例，所述RF襯墊302與外圍接地環(huán)208的槽相配合。本領域技術人員可以從所述內容和圖2的剖視圖中很容易地知道接地架部分212、外圍接地環(huán)208、接地罩202A和任何提供的RF襯墊在形式因素上通常是環(huán)狀的。
[0051]一旦在外圍接地環(huán)208和上部接地組件202的接地罩202A之間產生RF接觸，第一操作狀態(tài)便被重新建立。在這第一操作狀態(tài)中，RF返回電流連續(xù)性被保持并且電極間間隙可在前述間隙可調范圍內被調節(jié)，而不中斷上部接地組件202和RF電源之間的RF返回電流連續(xù)性，所述RF電源提供RF信號給可移動襯底支撐組件。換句話說，在活塞230繼續(xù)(通過彈簧232)維持前述的向上的偏置力以保持外圍接地環(huán)208和上部接地組件202的接地罩202A之間的RF接觸的同時，可移動襯底支撐組件210可在間隙可調范圍內向上或向下移動。最窄電極間間隙可通過軟件來設置，或可通過阻礙襯底支撐組件210和/或接地架部分212和/或與之相關的部件的向上移動的結構來物理限制。
[0052]在圖2中，示出的活塞230具有自動定心的活塞頭部形狀250(其在圖2的示例中基本是圓錐形的)。自動定心的活塞頭部形狀250允許活塞230相對于外圍接地環(huán)208內的相應的圓錐腔自動定心。其他可能的自動定心形狀是球形或橢圓形形狀。因此，當活塞230向上移動以與外圍接地環(huán)208接觸(在從襯底裝載/卸載操作狀態(tài)到間隙可調等離子體處理狀態(tài)的轉變期間會發(fā)生)時，所述活塞可相對于外圍接地環(huán)208自動定心。進一步地，為保證平穩(wěn)地提升/降低外圍接地環(huán)208采用三個活塞，因為三個活塞的使用確定外圍接地環(huán)208的移動平面。不過，如果需要可以在某些設計中采用多于3個活塞。
[0053]如從前述內容可以領會到的那樣，只要電極間間隙維持在其間隙可調范圍內，本發(fā)明的實施方式便在保持RF返回電流連續(xù)性的同時允許等離子體處理系統(tǒng)靈活地適應現(xiàn)代處理配方的可調節(jié)等離子體處理間隙需要。進一步地，當外圍接地環(huán)下降至不造成阻礙時，本發(fā)明的實施方式促進在第二操作狀態(tài)下的無障礙的襯底裝載/卸載。本發(fā)明的實施方式同時適應兩種需求，導致一種高彈性的等離子體處理腔設計，其能提供寬可變間隙的處理窗口以及方便的襯底裝載/卸載。
[0054]雖然已經以若干優(yōu)選實施方式的形式描述了本發(fā)明，但其具有的變化方式、置換方式及等同方式均落入本發(fā)明的范圍。例如，雖然所述實施例中采用的腔是電容腔，但是本發(fā)明的實施方式使用電感耦合腔或者使用利用其它類型等離子體處理技術(例如電子回旋共振、微波等)的腔也可以同樣運作很好。雖然此處提供了各種范例，但這些范例的目的是說明而不是限制本發(fā)明。進一步地，雖然提到活塞作為偏置裝置，但是可以理解的是其他形式的偏置裝置也是可能的，包括線性螺絲、凸輪等。
[0055]另外，此處提供的名稱與概要(summary)是為了方便起見而不應該用于解釋本發(fā)明權利要求的范圍。進一步地，摘要以高度縮略的形式書寫且為方便起見提供于此，因此不應該用于解釋或限制由權利要求所表達的整個發(fā)明。如果此處使用了術語“成套”，該術語意圖具有涵蓋O、I或多于I個部件的通常理解的數學含義。還應該注意到實施本發(fā)明的方法和裝置具有許多替換方式。因此意圖將以下所附權利要求解釋為包括落入本發(fā)明真實精神與范圍內的所有這樣的變化方式、置換方式和等同方式。
【權利要求】
1.一種用于襯底的等離子體處理的等離子體處理腔，其包括: 上部接地組件； 可移動襯底支撐組件，所述可移動襯底支撐組件在所述等離子體處理期間支撐所述襯底，所述可移動襯底支撐組件具有接地架部分，據此在所述可移動襯底支撐組件的上表面和所述上部接地組件的下表面之間的間隙限定等離子體產生區(qū)域，并且據此所述可移動襯底支撐組件能夠朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的軸的方向移動，以調節(jié)所述間隙； 外圍接地環(huán)，其被設置為圍繞所述可移動襯底支撐組件，據此所述外圍接地環(huán)能夠可滑動地相對于所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的所述軸的方向移動； 至少一個彈性RF導體，其用以在所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)之間提供RF耦 合； 多個活塞，其被有效地連接到所述可移動襯底支撐組件的所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)，所述多個活塞中的每一個具有預先定義的行程長度以定義所述外圍接地環(huán)的第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)，所述第一操作狀態(tài)的特征在于當可移動襯底支撐組件朝著平行于所述軸的所述方向移動以調節(jié)所述間隙時，所述多個活塞在所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)之間傳導偏置力來保持所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF接觸，所述第二操作狀態(tài)的特征在于當所述可移動襯底支撐組件的所述接地架部分移動離開所述上部接地組件使得所述外圍接地環(huán)不再通過所述多個活塞被偏置抵靠所述上部接地組件時所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF中斷。
2.如權利要求1所述的等離子體處理腔，其中所述多個活塞是彈簧承載的。
3.如權利要求1所述的等離子體處理腔，其中所述接地架部分電絕緣于所述可移動襯底支撐組件的至少另一個部分。
4.如權利要求3所述的等離子體處理腔，其中所述可移動襯底支撐組件的所述至少另一個部分由RF信號供電。
5.如權利要求1所述的等離子體處理腔，其中所述接地架部分包括接地套筒部分，所述接地套筒部分覆蓋所述可移動襯底支撐組件的外表面的至少一部分，所述套筒部分具有套筒高度，所述外圍接地環(huán)設置于所述接地套筒部分的外面并且能夠相對于所述接地套筒部分的外表面移動。
6.如權利要求1所述的等離子體處理腔，其中所述活塞中的第一活塞包括錐形的自動定心的活塞頭部，所述活塞頭部配置成設置在所述上部接地組件中的自動定心腔室內。
7.如權利要求1所述的等離子體處理腔，進一步包括RF襯墊，所述RF襯墊置于所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間。
8.一種用于襯底的等離子體處理的等離子體處理腔，包括: 上部接地組件； 可移動襯底支撐組件，所述可移動襯底支撐組件在所述等離子體處理期間支撐所述襯底； 外圍接地環(huán)，其被設置為圍繞所述可移動襯底支撐組件，所述外圍接地環(huán)能夠可滑動地相對于所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的軸的方向移動；至少一個彈性RF導體，其用以在所述接地架部分和所述外圍接地環(huán)之間提供RF耦合； 多個彈簧承載活塞，其被有效地連接到所述外圍接地環(huán)和所述可移動襯底支撐組件，當所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述軸的所述方向移動時，偏置所述外圍接地環(huán)抵靠所述上部接地組件，以保持所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF接觸。
9.如權利要求8所述的等離子體處理腔，其中所述接地架部分電絕緣于所述可移動襯底支撐組件的至少另一個部分。
10.如權利要求9所述的等離子體處理腔，其中所述可移動襯底支撐組件的所述至少另一個部分由RF信號供電。
11.如權利要求8所述的等離子體處理腔，其中所述接地架部分包括接地套筒部分，所述接地套筒部分覆蓋所述可移動襯底支撐組件的外表面的至少一部分，所述套筒部分具有套筒高度，所述外圍接地環(huán)設置于所述接地套筒部分的外面并且沿著所述接地套筒部分的外表面可滑動地移動。
12.如權利要求8所述的等離子體處理腔，其中所述活塞中的第一活塞包括錐形的自動定心的活塞頭部，所述活塞頭部配置成設置在所述上部接地組件中的自動定心腔室內。
13.如權利要求8所述的等離子體處理腔，其中所述上部接地組件包括上電極和接地外圍罩，當在所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間形成所述RF接觸時，所述外圍接地環(huán)與所述接地外圍罩建立RF接觸。
14.如權利要求8所述的等離子體處理腔，進一步包括RF襯墊，所述RF襯墊置于所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間。
15.一種用于襯底的等離子體處理的等離子體處理腔，其包括: 上部接地組件； 可移動襯底支撐組件，所述可移動襯底支撐組件在所述等離子體處理期間支撐所述襯底，所述可移動襯底支撐組件具有接地部分，據此在所述可移動襯底支撐組件的上表面和所述上部接地組件的下表面之間的間隙限定等離子體產生區(qū)域，并且據此所述可移動襯底支撐組件能夠朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的軸的方向移動，以調節(jié)所述間隙； 外圍接地環(huán)，其被設置為圍繞所述可移動襯底支撐組件，據此所述外圍接地環(huán)能夠相對于所述可移動襯底支撐組件朝著平行于所述可移動襯底支撐組件的所述軸的方向移動； 至少一個彈性RF導體，其用以在所述接地部分和所述外圍接地環(huán)之間提供RF耦合； 多個偏置裝置，其被有效地連接到所述可移動襯底支撐組件的所述接地部分和所述外圍接地環(huán)，所述多個偏置裝置中的每一個具有預先定義的行程長度以定義所述外圍接地環(huán)的第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)，所述第一操作狀態(tài)的特征在于當可移動襯底支撐組件朝著平行于所述軸的所述方向移動以調節(jié)所述間隙時，所述多個偏置裝置在所述接地部分和所述外圍接地環(huán)之間傳導偏置力來保持所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF接觸，所述第二操作狀態(tài)的特征在于當所述可移動襯底支撐組件的所述接地部分移動離開所述上部接地組件使得所述外圍接地環(huán)不再通過所述多個偏置裝置被偏置抵靠所述上部接地組件時所述外圍接地環(huán)和所述上部接地組件之間的RF中斷。
16.如權利要求15所述的等離子體處理腔，其中所述多個偏置裝置是彈簧承載活塞。
17.如權利要求15所述的等離子體處理腔，其中所述等離子體處理腔是窄間隙電容耦合等離子體處理腔。
18.如權利要求15所述的等離子體處理腔，其中所述接地部分電絕緣于所述可移動襯底支撐組件的至少另一個部分。
19.如權利要求18所述的等離子體處理腔，其中所述可移動襯底支撐組件的所述至少另一個部分由RF信號供電。
20.如權利要求15所述的等離子體處理腔，其中所述接地部分包括接地套筒部分，所述接地套筒部分覆蓋所述可移動襯底支撐組件的外表面的至少一部分，所述套筒部分具有套筒高度，所述外圍接地環(huán)設置于所述接地套筒部分的外面并且能夠相對于所述接地套筒部分的外表面移動。
【文檔編號】H01J37/32GK103985623SQ201310385396
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權日:2012年8月31日
【發(fā)明者】拉金德爾·迪恩賽, 阿列克謝·馬拉什塔內夫, 邁克爾·C·凱洛格, 安迪·迪斯普特, 安德魯·D·貝利三世 申請人:朗姆研究公司