專利名稱：適合于蝕刻高縱橫比結構的襯底支座的制作方法
技術領域：
適合于蝕刻高縱橫比結構的襯底支座技術領域0001本實用新型的實施方式一般涉及在半導體襯底等中蝕刻高縱橫比結構的真空處理室。更具體地，本實用新型一般涉及適合于 真空處理室中使用的蝕刻高縱橫比結構的襯底支座。
背景技術：
0002更快、更大功率集成電路(IC)器件對于IC制造技術的 要求引入了新的挑戰(zhàn)，包括需要蝕刻高縱橫比結構，諸如在如半導體 晶片的襯底上的溝槽或通孔。例如，在一些動態(tài)隨機存儲器應用中使 用的深溝槽存儲結構需要蝕刻進入半導體襯底的深的高縱橫比溝槽。 一般在反應離子蝕刻(RIE)工藝中利用氧化硅掩模執(zhí)行深的硅酮溝槽 蝕刻。0003在蝕刻高縱橫比結構中已經(jīng)顯示出魯棒(robust)性能的 一種傳統(tǒng)系統(tǒng)是CENTURA HARTTM蝕刻系統(tǒng)，可從位于加利福尼亞 州圣克拉拉市的應用材料有限公司獲得。HARTTM蝕刻系統(tǒng)利用磁增強 反應離子刻蝕技術(MER正)反應器能夠蝕刻具有縱橫比達到70:1的 溝槽，同時保持從中心到邊緣百分之5的溝槽深度的均勻性。然而， 為了能夠制造具有亞90nm臨界尺寸的集成電路，電路設計者已經(jīng)提出 要求要在甚至更高縱橫比的情況下改善均勻溝槽的均勻性。這樣，可 期待改進蝕刻性能以使實現(xiàn)下一代器件成為可能。0004因此，需要一種用于蝕刻高縱橫比特征的改進裝置。實用新型內(nèi)容0005本實用新型的實施方式提供一種諸如處理室的裝置，其 適合于蝕刻高縱橫比結構。其他的實施方式包括在處理室中使用的襯 底支座。本說明書中所描述的襯底支座有益地促進了靜電卡盤和位于 其上的襯底的溫度分布控制，由此實現(xiàn)對具有高縱橫比的特征的更精 確的蝕刻。在一些實施例中，襯底支座具有至少兩個獨立可控的和橫 向間隔開的溫度控制區(qū)。在其它實施例中，通過控制設置在襯底支座中的插入物(insert)的數(shù)目、形狀、尺寸、位置和傳熱系數(shù)，增強了 溫度分布控制。0006在一個實施方式中，襯底支座包括靜電卡盤，該靜電卡 盤包括由上壁、中壁和下壁限定的具有外部直徑的主體。中壁的高度 小于下壁的高度且大于上壁的高度?？ūP也包括嵌入其中的箝位電極。0007在另一個實施方式中，適合用于半導體處理室中的襯底 支座包括靜電卡盤、基座和與基座耦合且部分伸入靜電卡盤的主體的 升降銷導引組件(lift pin guide assembly)。0008在另一個實施例中， 一種適合用于半導體處理室中的襯 底支座包括靜電卡盤，基座，和連接到所述基座且部分地延伸入所 述主體的升降銷導引組件。該靜電卡盤包括具有在階梯狀外壁上限 定的具有上凸緣和下凸緣的陶瓷主體，所述上凸緣比所述下凸緣短；和嵌入所述主體中的箝位電極。0009在另一個實施例中， 一種適合用于半導體處理室中的襯底支座包括靜電卡盤，基座，和連接到所述基座且部分地延伸入所 述主體的升降銷導引組件。所述靜電卡盤包括具有在階梯狀外壁上 限定的具有上凸緣和下凸緣的陶瓷主體，所述上凸緣比所述下凸緣短； 嵌入所述主體中的箝位電極；設置在所述主體中的電阻加熱器；設置 在所述主體中的第一溫度傳感器；以及設置在所述主體中的第二溫度 傳感器，所述第二溫度傳感器設置在所述第一溫度傳感器的徑向向內(nèi) 側(cè)。所述基座包括在其中形成的至少兩個隔離的冷卻管道，所述冷 卻管道中適合流動傳熱流體；以及嵌入在所述基座中的絕熱體，其在每個隔離的冷卻管道之間。所述升降銷導引組件包括導引裝置，其具有與所述主體的下表面中的凹槽嚙合的上凸起和下凸起；以及保持裝置，其連接到所述基座，且具有圍繞所述下凸起的至少一部分延伸的套筒；以及夾在所述導引裝置和所述保持裝置之間的彈性元。

0010為了能夠詳細地理解本實用新型的上述特征的方式，更 具體地描述上訴簡要概括的本實用新型，可參考實施方式進行，這些
實施方式中的一些在附圖中進行說明。然而，應該注意，附圖僅說明 本實用新型的一般實施方式，而不能被認為是限制它的范圍，因為本 實用新型可以包括其它等效的實施方式。0011圖1是本實用新型的處理室的一個實施方式的剖面圖；0012圖2是噴頭的一個實施方式的剖面圖；0013圖3是圖2的噴頭的塞的一個實施方式的透視圖；0014圖4是圖2的噴頭的剖面圖；0015圖5是圖2的噴頭的另一個橫截面圖；0016圖6是沿著圖5的剖切線6—6剖開的噴頭的部分剖面圖；0017圖7是噴頭的另一個實施方式的剖面圖；0018圖8是說明用于圖1的處理室的氣體的線路和控制的氣體控制的一個實施方式的示意圖；0019圖9-10是襯墊的一個實施方式的透視和部分剖面圖；0020圖11是支撐覆蓋環(huán)的一個實施方式的襯底支座組件的部分剖面圖；以及0021圖12是說明升降銷導引組件的一個實施方式的襯底支座組件的部分剖面圖。0022為了利于理解，只要可能，相同的附圖標記代表各個圖中共有的相同的元件。如果沒有進一步的敘述，應該設想或認為一個 實施方式中的元件有利地可以有利地用在其它實施方式中。
具體實施方式
0023圖1是適合于在襯底144中蝕刻高縱橫比結構的處理室 100的一個實施方式的剖面圖。盡管示出了處理室100包括有優(yōu)異蝕刻性能的多個特征，可以設想可以使用其它的處理室，以得益于在此公開的本實用新型的一個或多個特征。0024處理室IOO包括室主體102和封閉內(nèi)部容積106的蓋104。 室主體102 —般由鋁、不銹鋼或其他適合的材料制成。室主體102 — 般包括側(cè)壁108和底110。襯底進氣口 (未示出) 一般在側(cè)壁108中形 成且由狹縫閥選擇地密封，以利于襯底144自處理室IOO進入和出去。 在室主體102中形成有排氣口 126且連接內(nèi)部容積106到泵系統(tǒng)128。
泵系統(tǒng)128 —般包括用于排氣和調(diào)整處理室100的內(nèi)部容積106的壓 力的一個或多個泵和節(jié)流閥。在一個實施方式中，泵系統(tǒng)128保持內(nèi) 部容積106內(nèi)部的壓強一般地在約10毫托(mTorr)到約20托(Torr) 之間的工作壓強。0025蓋104被密封地支撐在室主體102的側(cè)壁108上。蓋104 可打開以允許進入處理室100的內(nèi)部容積106。蓋104包括利于光學工 藝監(jiān)視的窗142。在一個實施方式中，窗142包括石英或其它適合的材 料，其能傳輸由光學監(jiān)視系統(tǒng)140使用的信號。0026設置光學監(jiān)視系統(tǒng)140以通過窗142觀測室主體102的 內(nèi)部容積106和/或在襯底支座組件148上設置的襯底144中的至少一 個。在一個實施方式中，光學監(jiān)視系統(tǒng)140連接到蓋104且利于使用 光學度量的集成蝕刻工藝，以提供使能夠工藝調(diào)整以補償入射圖案不 一致性(諸如CD、厚度等)的信息，提供工藝狀態(tài)監(jiān)視(諸如等離子 體監(jiān)視、溫度監(jiān)視等)和/或端點檢測，等等?？烧{(diào)整以得益于本實用 新型的一種光學監(jiān)視系統(tǒng)是EyeD 全光譜干涉儀的度量組件 (foil-spectrum interferometric metrology module),可從位于力fl禾!]福尼亞 州圣克拉拉的應用材料有限公司獲得。0027在一個實施方式中，光學監(jiān)視系統(tǒng)140能夠測量CD、膜 厚和等離子體屬性。光學監(jiān)視系統(tǒng)140可使用多種非破壞性的光學測 量技術中的一種，諸如光譜測量、干涉測量、散射測量、反射測量等。 例如，可配置光學監(jiān)視系統(tǒng)140以執(zhí)行干涉測量監(jiān)視技術(例如，計 數(shù)在時間域中的干涉條紋，在頻率域中測量該條紋的位置等)，以實時 測量在襯底144上形成的結構的蝕刻深度輪廓。如何使用光學監(jiān)視的 范例的細節(jié)已經(jīng)公開在2003年6月18日申請的、名稱為"Method and System for Monitoring an Etch Process "的普通轉(zhuǎn)讓的序列號為 No.60/479，601的美國申請，2002年7月2日出版的、名稱為"Film Thickness Control Using Spectral Interferometry " 的美國專禾ll第 No.6,413，837號，和2003年4月11日申請的、名稱為"Process Control Enhancement and Fault Detection Using In-Situ and Ex-situ Metrologies and Data Retrieval In Multiple Pass Wafer Processing"的序歹(J號為 No.60/462，493的美國專利申請。
0028氣體控制板158連接到處理室100以向內(nèi)部容積106提供處理和/或清洗氣體。在圖1描繪的實施方式中，在蓋104中提供進 氣口 132'、 132"以允許從氣體控制板158輸送氣體到處理室100的內(nèi)部容積106。0029噴頭組件130連接到蓋104的內(nèi)表面114。噴頭組件130 包括多個孔，允許氣體從進氣口 132流經(jīng)噴頭組件130以跨過室100 中被處理的襯底144表面的預定分布進入處理室100的內(nèi)部容積106。0030噴頭組件130另外包括傳輸光學度量信號的區(qū)域。光學 傳輸區(qū)或通道138適用于允許光學監(jiān)視系統(tǒng)140觀測內(nèi)部容積106和/ 或在襯底支座組件148上設置的襯底144。通道138可以是形成或設置 在噴頭組件130內(nèi)的孔或多孔的材料，其基本上能傳輸由光學測量系 統(tǒng)140產(chǎn)生的或反射到光學測量系統(tǒng)140的能量的波長。在一個實施 方式中，通道138包括窗142以阻止通道138的氣體泄漏。窗142可 以為藍寶石板、石英板或其它適合的材料。作為選擇，窗142可設置 在蓋104中。0031在一個實施方式中，噴頭組件130配置有多個區(qū)，其允 許對進入到處理室100的內(nèi)部容積106中的氣流進行單獨控制。在圖1 的實施方式中，噴頭組件130具有通過獨立的進氣口 132分別連接到 氣體控制板158的內(nèi)部區(qū)134和外部區(qū)136。0032圖2是噴頭組件130的一個實施方式的剖面圖。噴頭組 件130 —般包括基座202、上和下增壓板(plenum plate) 204、 206、 塞208和氣體分配板210。上和下增壓板204、 206以間隔關系彼此連 接且設置在基座202內(nèi)形成的凹槽270內(nèi)以限定噴頭組件130的上部 結構。在板204和206之間形成的增壓區(qū)由阻擋壁236流體隔離成至 少兩個區(qū)。在圖2描繪的實施方式中，壁236將外部通風系統(tǒng)220與 內(nèi)部通風系統(tǒng)218隔離開。通風系統(tǒng)218、 220分別通過在基座202中 形成的進氣口 132，、 132"輸入由通過基座202和上增壓板204限定的 氣體供應222、 224。下面詳細公開的氣體通道242被限定通過下增壓 板204和氣體分配板210允許在通風系統(tǒng)218、222中的氣體進入室100 的內(nèi)部容積106。選擇通道242的數(shù)量和分布以提供進入室100的氣體 的預定分布。0033在基座202中形成的凹槽270可包括一個或多個用于定 位板204和206的臺階。在圖2描繪的實施方式中，凹槽270包括內(nèi) 臺階240和外臺階284。內(nèi)臺階240提供與設置的低增壓板206相對的 表面。在內(nèi)臺階240和下增壓板206之間提供一個未編號的密封件， 以阻止氣體泄漏。外臺階284提供進入基座202的凹槽，其允許氣體 分布板210覆蓋在下增壓板206和基座202之間限定的間隙。0034基座202 —般包括從內(nèi)部的外直徑286向外延伸的唇緣 216。在唇緣216和內(nèi)部的外直徑286之間限定的凸緣288支撐在蓋104 和/或外襯墊上的噴頭組件130。凸緣288 —般與唇緣216和內(nèi)部的外 直徑286垂直，其一般與室主體的中心線平行且同中心。0035內(nèi)部的外直徑286在基座202的底表面290處終止。底 表面290 —般面對處理區(qū)，且同樣可用諸如Y203的保護材料涂覆。0036基座202也包括形成在其中的連接到液體源214的多個 管道212。液體源214提供熱傳遞或傳熱流體，諸如空氣或水，其通過 管道212循環(huán)以調(diào)整基座202和噴頭組件130的溫度。0037通過噴頭組件130形成通道138以利于由光學監(jiān)視系統(tǒng) 140監(jiān)視室處理和/或襯底屬性(attribute)。通道138包括共軸對準的孔 226、 264、 254、 262。在基座202中形成第一個孔226。在上增壓板 204中形成第二個孔264。在下增壓板206中形成第三個孔254，而在 氣體分配板210中形成第四個孔262。窗142是密封地設置在通道138 中以阻止氣體泄漏通過噴頭組件130到光學監(jiān)視系統(tǒng)140。在圖2描繪 的實施方式中，在上增壓板204中提供凹槽258以容納窗142。提供在 圖2中沒有標號的0型環(huán)，以將窗142密封到上增壓板204和基座202。0038塞208設置在至少在上增壓板204中形成的第二個孔264 中。配置塞208以傳輸由光學監(jiān)視系統(tǒng)140使用的信號。在一個實施 方式中，塞208包括多個高縱橫比通道260，其允許光學監(jiān)視系統(tǒng)140 與室100的內(nèi)部容積界面連接，同時在通道260中阻止等離子體形成。 在一個實施方式中，通道260具有至少約10:1、例如14:1的縱橫比(高 度比直徑)。在另一個實施方式中，通道260具有小于或相當于德拜長 度和/或電子平均自由程的直徑，例如小于約1.5mm，例如約0.9mm。 在另一個實施方式中，通道260限定達到約60%的開口面積的開口面
積。在另外的實施方式中，通過塞208形成約37個通道260。0039在塞208中形成的通道260與在氣體分配板210中形成 的度量孔262對準。度量孔262群集在氣體分配板210的中心，且具 有適合利于有效傳輸度量信號通過氣體分配板210的密度、直徑(或 寬度)、輪廓和開口面積。在一個實施方式中，孔262的數(shù)目和剖面輪 廓與通道260類似。窗142使得通道260、 262封閉氣流的感應，而允 許光學傳輸。這樣，通道260、 262和窗142利于由在室100內(nèi)的光學 監(jiān)視系統(tǒng)140進行的光學監(jiān)視，而不降低真空或等離子體破壞限定光 學觀察路徑的結構。0040在上增壓板204中形成錐形的座256，其將第二個孔264 與凹槽258相連。如圖3中所示，配置錐形的座256以與塞208的喇 叭口狀部分304匹配。在頭302和塞208的延長桿306之間設置喇叭 口狀部分304。0041塞208 —般由能與工藝化學物質(zhì)共存的材料制成。在一 個實施方式中，塞208由介電材料制成，諸如陶瓷。在另一個實施方 式中，塞208為鋁。0042上和下增壓板204、 206連接到基座202。上增壓板204 也連接到下增壓板206。 一個實施方式中，上增壓板204通過多個銷 228連接到下增壓板206。銷228的端部插入分別在上和下增壓板204、 206中形成的孔230、 232?？梢酝ㄟ^鎖定化合物或粘接劑固定銷228， 或?qū)ζ浼訅哼M行摩擦固定。圖4的剖面圖說明了銷228從在下增壓板 206中形成的孔232延伸。由于孔230、232沒有延伸通過各自的板204、 206，阻止了銷228周圍的氣體泄漏。0043另外參考圖5-6的剖面圖，氣體分配板210被連接到下增 壓板206或基座202中的至少一個。在一個實施方式中，粘接層502 以限定其間多個環(huán)形通風系統(tǒng)508的方式連接氣體分配板210到下增 壓板206。通風系統(tǒng)508允許沿著共同的半徑或半徑范圍設置通道242， 以流體地連接以增強在預定徑向位置處的氣體通過噴頭組件130的流 均勻性。0044在一個實施方式中，粘接層502包括多個粘接環(huán)504和 多個粘接珠506。多個粘接環(huán)504共心地設置以界定通風系統(tǒng)508。在
環(huán)504之間也共心地設置多個粘接珠506。珠506與環(huán)504間隔開以允 許氣體在通道242之間圍繞珠506共享共用的通風系統(tǒng)508。0045轉(zhuǎn)到圖2，在下增壓板206中形成的通道242的部分一般 包括第一鉆孔244、節(jié)流孔246和第二鉆孔248。第一鉆孔244對于通 風系統(tǒng)220 (或218)是敞開的以允許氣體進入通道242。第二鉆孔248 與孔250對準，該孔250通過氣體分配板210形成，用于輸送氣體到 室100的內(nèi)部容積106。0046在一個實施方式中，鉆孔244、 248的直徑和深度基本上 大于相對的節(jié)流孔246的直徑和深度，以利于有效制造通道242。在圖 2描繪的實施方式中，第一鉆孔244對于通風系統(tǒng)220 (或21S)是敞 開的，其與對于室100的內(nèi)部容積106是敞開的第二鉆孔248相比， 具有較大的直徑和較小的縱橫比。0047氣體分配板210可以是平盤。以從氣體分配板210的中 心區(qū)向外的圖案空間地分配孔250。 一組孔250流體地連接到外部通風 系統(tǒng)136，而另一組孔250流體地連接到內(nèi)部通風系統(tǒng)134?？?50作 為通道242的部分，允許氣體通過氣體分配板210并進入室100的內(nèi) 部容積106。0048為了延長噴頭組件130的使用壽命，氣體分配板210至少用釔或它的氧化物中的一種制造或涂覆。在一個實施方式中，氣體 分配板210由大塊釔或它的氧化物制造以抵抗氟化的化學物質(zhì)。在另 一個實施方式中，氣體分配板210由大塊￥203制造。0049圖7是噴頭組件700的另一個實施方式。噴頭組件700 基本上類似于噴頭組件138，具有塞708用于阻止在通道726內(nèi)的等離 子體激發(fā)以利于光學度量，該通道726穿過噴頭組件700形成。在通 道726內(nèi)提供窗142作為氣體阻擋。0050噴頭組件700包括連接到增壓板704的基座板702。增壓 板704具有形成在其間的一對環(huán)形溝槽712、 714，該對環(huán)形溝槽712、 714由基座板702界定用于限定內(nèi)部和外部通風系統(tǒng)716、 718。通過 各自的口 132，、 132"，從氣體控制板158提供氣體到通風系統(tǒng)716、 718，從而允許在每個區(qū)134、 136中獨立地控制氣體，所述區(qū)134、 136 從噴頭組件700進入室100的內(nèi)部容積106。
0051增壓板704包括塞孔720用于接收塞708。塞孔720與在 基座702中形成的孔706和在氣體分配板710中形成的度量孔728對 準以限定通道726。塞孔720 —般包括用于接收窗142和錐形座724 的凹槽722。錐形座724與塞708的喇叭口狀部分接合以在增壓板704 內(nèi)定位塞708。0052圖8是說明從氣體控制板158到處理室100輸送的氣體 的線路和控制的一個實施方式的示意圖。氣體控制板158 —般包括連 接到混合總管810和流控制器814的多個氣體源。0053
一般，由控制閥808控制來自每個氣體源的流量?？刂?閥808控制從源提供的流體的流量、速度、壓力等中的至少一個。控 制閥808可包括多于一個的閥、調(diào)整器和/或其它氣流控制裝置。0054在一個實施方式中，氣體控制板158包括至少一個直接 氣體源802、至少一個處理氣體源804和至少一個載體氣體源806。處 理氣體源804和載體氣體源806通過獨立的氣體管道流體地連接到混 合總管810。來自源804、 806的不同氣體在混合總管810中組合成為 預定輸送的氣體混合物。這樣，可通過選擇性地打開各自的閥808選 擇在混合總管810中的預定輸送的氣體混合物的組分，以使預定組合 的載體和處理氣體804、 806組合。例如，至少一種來自處理氣體源804 的處理氣體、和任選地至少一種來自載體氣體源806的載體氣體在混 合總管810中以任一組合的方式組合。處理氣體的例子包括SiCl4、HBr、 NF3、 02和SiF4等。載體氣體的例子包括N2、 He、 Ar、對于本實用新型工藝呈惰性的其它氣體和不反應的氣體。0055流控制器814通過初級氣體供應裝置812連接到混合總 管810。配置流控制器814以將從混合總管810流來的預定輸送氣體混 合物分成子混合物，通過單獨的氣體供應管道，該子混合物被輸送到 室100。 一般地，氣體供應管道的數(shù)目與在噴頭組件130中限定的區(qū)域 (或隔離的通風系統(tǒng))的數(shù)目相當。在圖8描繪的實施方式中，兩個 氣體供應管道816、 818連接流控制器814到各自的進氣口 132'、 132"。0056
一般地配置流控制器814以控制流入每個供應管道816、 818的氣體子混合物的比率。以這種方式，可控制流入每個區(qū)的和最終 到襯底144的每個區(qū)的氣體子混合物的比率。流控制器814可使用電
子或機械裝置分開預定輸送的氣體混合物。在一個實施方式中，流控制器814響應來自控制器150的信號能動態(tài)地控制該比率，因此能夠 改變在成批襯底之間、襯底之間和/或現(xiàn)場(in-situ)處理單個襯底之間 的該比率。在另一個實施方式中，設置流控制器814以使在管道816、 818之間的該比率固定?？赏ㄟ^設置在流控制器814中的一個或多個節(jié) 流口設置該比例，以使來自初級的氣體供應裝置812的流優(yōu)選地在氣 體供應管道816、 818之間分開。0057在一個實施方式中，流控制器814提供到內(nèi)部區(qū)134的 氣體比到外部區(qū)136的多。在另一個實施方式中，流控制器814提供 到外部區(qū)136的氣體比到內(nèi)部區(qū)134的多。在另一個實施方式中，對 于第一期襯底處理，流控制器814提供到內(nèi)部區(qū)134的氣體比到外部 區(qū)136的多，接著改變現(xiàn)場處理襯底的比率，對于第二期襯底處理， 提供到外部區(qū)136的氣體比到內(nèi)部區(qū)134的多。設想可配置流控制器 814以以其它順序或比率控制輸送到處理室100中的不同區(qū)的流之間 的比率。0058從氣體控制板158的直接注入氣體源802提供直接注入 的氣體到處理室100的內(nèi)部容積106。由閥808控制從直接注入氣體源 802注入的直接注入氣體的流動的量。0059在一個實施方式中，提供直接注入氣體到供應管道816、 818中的至少一個。在另一個實施方式中,直接注入的氣體設置在(teed) 兩個直接供應管道820、 822中，所述兩個直接供應管道820、 822分 別設置于氣體供應管道816、 818中。在另一個實施方式中，提供直接 注入的氣體到連接到進氣口 132'、 132"的至少一個氣體供應管道。在 另一個實施方式中，提供直接注入的氣體到噴頭組件130 (700)的通 風系統(tǒng)218、 220 (716、 718)中的至少一個。0060在圖8中描繪的實施方式中，提供相同量的直接注入的 氣體到每個區(qū)134、 136。任選地，可使用第二流控制器824 (未示出， 且與流控制器814類似)以提供不同比率的直接注入的氣體到每個區(qū) 134、 136。0061轉(zhuǎn)到圖1，在噴頭組件130下面的處理室100的內(nèi)部容積 106中設置襯底支座組件148。在處理期間，襯底支座組件148保持固定襯底144。襯底支座組件148—般包括多個升降銷或桿(未示出)， 通過設置升降銷從支座組件148舉升襯底且利于以傳統(tǒng)的方式用自動 機械手(未示出)替換襯底144。0062在一個實施方式中，襯底支座組件148包括安裝板162、 基座164和靜電卡盤166。安裝板162連接到室主體102的底部110， 并且包括用于引導到基座164和靜電卡盤166的設施通道，諸如流體 輸送用的通道、輸電線和傳感器引線用的通道等。0063基座164或卡盤166中的至少一個可包括至少一個任選 的嵌入的加熱器176、至少一個任選的嵌入的隔離體174和多個導管以 控制支座組件148的橫向溫度分布。在圖1中描繪的實施方式中，在 基座164中設置一個環(huán)形的隔離體174和兩個導管168、 170，而在卡 盤166中設置電阻式加熱器176。導管流體地連接到溫度控制流體在其 中循環(huán)的流體源172。由電源178控制加熱器176。使用導管168、 170 和加熱器176以控制基座164的溫度，從而加熱和/或冷卻靜電卡盤 166，從而至少部分地控制設置在靜電卡盤166上的襯底144的溫度。0064在基座164中形成的兩個獨立的冷卻通道168、 170限定 至少兩個獨立可控的溫度區(qū)。設想可設置另外的冷卻通道和/或通道分 布以限定另外的溫度控制區(qū)。在一個實施方式中，將第一冷卻通道168 設置在第二冷卻通道170的徑向向內(nèi)側(cè)，以使溫度控制區(qū)同心。設想 可徑向定向通道168、 170，或具有其它的幾何配置。冷卻通道168、 170可連接到溫度控制的傳熱流的單個源172，或可分別連接到獨立的 傳熱流體源。0065隔離體174由與基座164附近區(qū)的材料相比具有不同導 熱系數(shù)的材料制成。在一個實施方式中，隔離體174具有的導熱系數(shù) 比基座164的導熱系數(shù)小。在另一個實施方式中，隔離體174由具有 各向異性的(即，依賴于方向)導熱系數(shù)的材料制成。相對于通過基 座164的鄰近部分的傳熱速率，隔離體174起到局部地改變基座組件 148通過基座164到導管168、 179之間的傳熱速率的作用，基座的鄰 近部分在傳熱路徑上沒有隔離體。在第一和第二冷卻通道168、 170之 間橫向地設置隔離體174，以在通過襯底支座組件148限定的溫度控制 區(qū)之間提供增強的隔熱作用。
0066在圖l描繪的實施方式中，在管168、 170之間設置隔離 體174，從而阻礙橫向的傳熱并且促進橫跨襯底支座組件148的橫向溫 度控制區(qū)。這樣，通過控制插入物(insert)的數(shù)目、形狀、尺寸、位 置和傳熱系數(shù)，可控制靜電卡盤166和位于其上的襯底144的溫度分 布。盡管在圖1中描繪的隔離體174的形狀為環(huán)形環(huán)，但隔離體174 的形狀可采用任何數(shù)量的其它形狀。0067在基座164和靜電卡盤166之間設置任選的導熱膏或粘 接劑(未示出)。導熱膏利于在靜電卡盤166和基座164之間的熱交換。 在一個示例實施方式中，粘接劑機械地連接靜電卡盤166到基座164。 可替換地(未示出)，襯底支座組件148可包括調(diào)整用于緊固靜電卡盤 166到基座164的五金器具(例如，夾具、螺絲等)。0068使用多個傳感器監(jiān)視靜電卡盤166和基座164的溫度。 在圖1中描繪的實施方式中，以徑向間隔開定位的方式示出第一溫度 傳感器190和第二溫度傳感器192，以使第一溫度傳感器190可提供 具有支座組件148中心區(qū)的度量指示溫度的控制器150，第二溫度傳感 器192提供具有支座組件148的周邊區(qū)的度量指示溫度的控制器150。0069靜電卡盤166設置在基座164上且由覆蓋環(huán)146圍繞。 靜電卡盤166可由鋁、陶瓷或在處理期間適合支撐該襯底144的其它 材料制成。在一個實施方式中，靜電卡盤166是陶瓷的?？商鎿Q地， 可由真空卡盤、機械卡盤或其它適合的襯底支座替代靜電卡盤166。0070靜電卡盤166 —般由陶瓷或類似絕緣材料制成，且包括 至少一個使用夾具電源182控制的箝位電極180。電極180 (或設置在 卡盤166或基座164上的其它電極)可進一步連接到一個或多個RF電 源用于保持由在處理室100內(nèi)的工藝氣體和/或其它氣體形成的等離子 體。0071在圖1描繪的實施方式中，通過匹配電路188連接電極 180到第一 RF電源184和第二 RF電源186。源184、 186 —般能產(chǎn)生 具有從約50 kHz到約3 GHz頻率的RF信號，且功率可達約10,000瓦。 匹配網(wǎng)絡188使源184、 186的阻抗與等離子體的阻抗匹配。單一饋電 (single feed)將能量從兩個源184、 186耦合到電極180?？商鎿Q地， 通過獨立的饋電將每個源184、 186耦合到電極180。0072靜電卡盤166也可包括至少一個由電源178控制的嵌入 的加熱器176。靜電卡盤166可進一步包括多個氣體通道(未示出)， 諸如溝槽，其在襯底中形成支撐卡盤的表面且流體地連接到傳熱(或背側(cè))氣體的源。在工作中，提供背側(cè)氣體(例如，氦(He))在控制 的壓力下進入氣體通道，以增加在靜電卡盤166和襯底144之間的傳 熱。傳統(tǒng)地，至少靜電卡盤的襯底支座表面176被提供有在處理襯底 期間抗化學物質(zhì)和溫度的涂層。0073圖12是說明升降銷導引組件1200的一個實施方式的襯 底支座組件148的部分剖面圖。 一般地，在襯底支座組件148中使用 至少三個升降銷導引組件1200。0074升降銷導引組件1200主要地設置在襯底支座組件148的 基座164中形成的梯狀孔1204中。梯狀的孔1204與通過靜電卡盤166 形成的孔1202對準。升降銷導引組件1200的一部分延伸入孔1202， 從而在基座164和卡盤166之間提供對準結構。0075升降銷導引組件1200 —般包括導引裝置1210和保持裝 置1218。在導引裝置1210和保持裝置1218之間設置彈性元件1220 以在升降銷導引組件1200進入襯底支座組件148內(nèi)提供組件上緩沖， 并調(diào)節(jié)組件148、 1200的熱膨脹和收縮。在一個實施方式中，彈性元 件1220是由工藝的化學物質(zhì)和工藝環(huán)境相容的彈性材料構成的O型 環(huán)。0076導引裝置1210包括具有上凸起1240和下凸起1228的主 體1216。導引裝置1210也包括容納通過升降銷導引組件1200的升降 銷(未示出)通道的同心的第一和第二孔1224、 1226。上凸起1240 延伸進入在面對基座164的靜電卡盤166的表面中形成的凹槽1238并 與其嚙合。下凸起1228外套有從保持裝置1218延伸的套筒1230并與 其嚙合。在下凸起1228和主體1216之間設置底切部1222以保持彈性 元件1220。0077保持裝置1218包括從套筒1230延伸的螺紋部分1232。 螺紋部分1232包括打入或釘入結構(drive feature) 1234以利于將保持 裝置1218擰入基座164。打入結構1234可以是狹槽、大圓頭螺釘孔、 六角形孔、扳手孔或用于旋轉(zhuǎn)保持裝置1218的其它結構。通過保持裝
置1218形成的通道1236與導引裝置1210的孔1224、 1226對準以容 納升降銷。0078在基座164中形成的梯狀孔1204包括主孔1208、臺階 1206和進氣口孔1212。臺階1206延伸進入主孔1208，而進氣口孔1212 包括用于與保持裝置1218嚙合的螺紋部分1214。通過緊固保持裝置 1218進入基座164的螺紋部分1232,保持裝置1218接觸彈性元件 1220，其朝向在基座164中形成的梯狀孔1204的臺階1206偏置主體 1216，從而將升降銷導引組件1200固定在襯底支座組件148的基座164 中。0079圖9-10描繪了外襯墊116的一個實施方式的透視分解圖 和部分剖面圖。外襯墊116可由等離子體或抗氟材料制成和/或涂覆有 等離子體或抗氟材料。在一個實施方式中，外襯墊116由鋁制成。在 另一實施例中，外襯墊116由釔、釔合金或它的氧化物制成或涂覆有 釔、釔合金或它的氧化物。在另一個實施方式中，外襯墊116由大塊 ￥203制成。內(nèi)襯墊118可由同樣的材料制成。0080在圖9-10描繪的實施方式中，外襯墊116包括上襯墊卯2 和下襯墊904。下襯墊904的上邊908被構造成與上襯墊902的下邊 910配合，例如，以兔耳形接頭連接。0081所構造的下襯墊904 —般地為中空圓柱以緊貼側(cè)壁108 的內(nèi)表面112固定。下襯墊904包括與室主體102的排氣口 126對準 的槽口或端口 906，以利于抽空和排空內(nèi)部容積106。0082上襯墊902 —般地包括具有從它的上部部分延伸的法蘭 912的主體914。法蘭912—般地為多角形形式，在此描繪的一個實施 方式中，多角形法蘭912的指數(shù)被截成約45度的角。0083主體914 一般地為圓柱的形式，其具有內(nèi)壁916和外壁 934。唇緣918從內(nèi)壁916向內(nèi)延伸且提供用于在室100中安裝噴頭組 件130的支撐平臺。在唇緣918中形成O型環(huán)溝槽920，以提供與噴 頭組件130的氣體密封。0084可在上襯墊902的主體914中提供孔928，以允許通過在 室主體102中形成的窗(未顯示)視覺檢查內(nèi)部容積106?？捎煽梢苿?的窗插入物924覆蓋上襯墊902的外壁934的環(huán)繞孔928的部分。窗
插入物924在上襯墊902的凹陷(未示出)中由多個緊固件926固定 以使插入物924和外壁934齊平。這樣，隨著窗插入物924的保護涂 層與窗/室主體界面接觸而磨損，可在保護涂層破裂從而暴露出外襯墊 116的基座材料之前替換窗插入物924。0085在圓柱914中形成狹槽938以允許襯底進入和離開室100 的通道。在上襯墊902環(huán)繞狹槽938的外壁934中形成凹槽932。在狹 槽938之上設置可移動的門插入物930以保護襯墊902的表面不因與 狹縫閥端口接觸而磨損。插入物930具有狹槽940，其與在上襯墊902 中形成的狹槽938對準，以利于襯底通道通過外襯墊116。插入物930 由多個緊固件936固定在凹陷932中，以使插入物930和外壁934齊 平。這樣，隨著插入物930的保護涂層由于與狹縫閥端口/室主體界面 接觸而磨損，可在保護涂層破裂從而暴露出外襯墊116的基座材料之 前替換窗插入物930。插入物924、 930 —般地由與襯墊相同的材料制成和/或用與襯墊相同的材料涂覆。0086圖11描繪了與覆蓋襯底支座組件148的外部上表面的覆 蓋環(huán)146嚙合的內(nèi)襯墊118的一個實施方式。內(nèi)襯墊118 —般包括較 大直徑的上部分1140和較小直徑的下部分1142。傾斜部分在襯墊188 的外直徑上形成，以連接較大直徑的上部分1140和較小直徑的下部分 1142。0087凸緣1132從部分1140、 1142的接合處向內(nèi)延伸。凸緣 1132具有定位內(nèi)襯墊118與襯底支座組件148的底表面1134。在凸緣 1132的上表面形成0型環(huán)溝槽1136以密封內(nèi)襯墊118。0088在襯底支座組件148上設置覆蓋環(huán)146且與內(nèi)襯墊118 的上終端1128交錯。覆蓋環(huán)146 —般具有由等離子體和/或抗化學物質(zhì) 的材料制成和/或涂覆有等離子體和/或抗化學物質(zhì)的材料的環(huán)形主體 1102。在一個實施方式中，覆蓋環(huán)146由釔或其氧化物制成和/或用釔 或其氧化物涂敷。在一個實施方式中，氣體覆蓋環(huán)146由大塊釔制成 以提供耐氟化的化學物質(zhì)的性能。在另一個實施方式中，覆蓋環(huán)I" 由石英制成。0089主體1102 —般具有頂表面1104和底表面1126。第一脊 1118、第二脊1122和第三脊1120從主體1102的底表面1126向下延伸。
在圖11描繪的實施方式中，脊1118、 1122、 1120是同心的環(huán)。0090在覆蓋環(huán)146的內(nèi)部部分上設置第一和第二脊1118、 1122， 且其間限定有狹槽，該狹槽用于在其中容納內(nèi)襯墊118的上端1128。 第一脊1118與第二脊1122相比從主體1102進一步延伸。第三脊1120 與第二脊1122相比也從主體1102進一步延伸。第三脊1120延伸進入 在襯底支座組件148中形成的狹槽1180，從而在覆蓋環(huán)146和支座組 件148之間固定方向。0091小突出部1116從主體1102徑向向內(nèi)延伸接近第三脊 1120。小突出部1116包括與靜電卡盤166的上表面1152基本上共面的 上表面1150。當襯底設置在襯底支座組件148上時，襯底的周邊(圖 11中未示出)覆蓋在靜電卡盤166和小突出部1116的上表面1150之 間的界面上。0092在小突出部1116和主體1102的頂表面1104之間設置有 內(nèi)壁1114。內(nèi)壁1114具有比小突出部1116的內(nèi)直徑大的直徑。 一般， 選擇內(nèi)壁1114的直徑以提供與襯底適當?shù)拈g隙。0093主體1102的頂表面1104 —般包括內(nèi)部區(qū)1110和外部區(qū) 1108。相對于外部區(qū)1108，內(nèi)部區(qū)1110是凸起的。可定向內(nèi)部區(qū)1110 平行于頂表面1104的外部區(qū)1108。在圖11描繪的實施方式中，傾斜 區(qū)1112在頂表面1104的內(nèi)部和外部區(qū)1110、 1108之間形成過渡。9094圖11也包括靜電卡盤166的一個實施方式的細節(jié)。靜電 卡盤166包括在卡盤的上表面1152和下表面1198之間限定的階梯狀 的外部直徑表面。階梯狀的外部直徑一般包括上壁1188、中壁1192和 下壁1196。壁1188、 1192、 1196 一般是垂直的，上壁1188比中壁1192 更短。中壁1192比下壁1196更短。上壁1188開始于上表面1152且向 下延伸到上凸緣1190。上凸緣1190連接上壁1188到中壁1192。下凸 緣1194連接中壁1192和下壁1196。下壁1196連接到底表面1198。凸 緣1湧、1194 一般是水平的，下凸緣1194比上凸緣1190大。由壁1188、 1192、 1196和凸緣1190、 1192形成的階梯狀的外部直徑產(chǎn)生與覆蓋環(huán) 146匹配的保型輪廓，并且該保型輪廓將該覆蓋環(huán)146保持在襯底支座 組件148的預定位置。0095在工作中，可使用處理室100以在襯底中蝕刻高縱橫比　結構特征。在一個實施方式中，在室ioo中可執(zhí)行設置在襯底上的硅 層中蝕刻高縱橫比比率溝槽。用圖案化的掩模覆蓋硅層，如常規(guī)實踐中使用的方式。該方法開始于調(diào)整室的壓強在大約0到大約300毫托 (mT)之間。襯底被用約500到大約2800 (W)瓦的偏置功率偏置。 在一個實施方式中，施加的偏置功率大約為2百萬赫(MHz)頻率。0096通過向襯底支座組件施加大約500到大約2800W的功率， 維持自通過噴頭組件的多個氣流區(qū)提供的氣體而形成的等離子體。在 一個實施方式中，施加大約60 MHz的功率。施加磁B-場穿過具有約0 到約140高斯(G)之間的室。通過掩模中的開口 ，等離子體蝕刻硅層， 以形成具有縱橫比達到至少80:1的溝槽。0097工藝混合物，直接注入和惰性氣體被提供到室用于等離 子體蝕刻。混合物可包括HBr、 NF3、 02、 SiF4、 SiCl4、和Ar中的至 少一種。在一個實施方式中，提供給混合總管的工藝氣體包括HBr和 NF3，而可任選地提供02、 SiF4和SiCl4。在一個示例實施方式中，提 供約50到約500 sccm之間的HBr、約10到約200 sccm之間的NF3、 約0到約200 sccm之間的02 、約0到約200 sccm之間的SiF4、約0 到約200 sccm之間的SiCl4、和在約0到約200 sccm之間的Ar到用于 適合蝕刻300mm襯底的工藝的混合總管。以與特征密度、尺寸和橫向 位置匹配的選擇流量比將經(jīng)混合的氣體提供到通風系統(tǒng)?？墒褂肧iCl4 作為直接注入氣體，繞過混合總管提供到噴頭組件的通風系統(tǒng)。0098已經(jīng)表明，上述處理室蝕刻高縱橫比結構特征在整個襯底表面具有良好的均勻性。常規(guī)處理室和上述處理室中執(zhí)行的蝕刻硅工藝之間的比較數(shù)據(jù)顯示，上述處理室或稱本實用新型的處理室中執(zhí)行的工藝顯示出邊緣到中心的縱橫比的一致性得到改進。常規(guī)的系統(tǒng)可具有的邊緣到中心的縱橫比之間的比值為約1.35，而上述處理室具有的邊緣到中心的縱橫比之間的比值為約1.04，這使得本實用新型的室適合于下一代器件的制造。i)099雖然前面描述了本實用新型的實施方式，在不偏離本實 用新型的基本范圍的前提下，可以設計出本實用新型的進一步的或其 它的實施方式。本實用新型的保護范圍以所附的權利要求確定。
權利要求1.一種適合用于半導體處理室中的襯底支座，其特征在于，該襯底支座包括靜電卡盤，該靜電卡盤包括具有由上壁、中壁和下壁限定的外部直徑的主體，其中所述中壁的高度小于所述下壁的高度且大于所述上壁的高度；以及嵌入所述主體中的箝位電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的襯底支座，其特征在于，該主體進一步 包括陶瓷。
3. 根據(jù)權利要求1所述的襯底支座，其特征在于，進一步包括 在所述上壁和所述中壁之間限定的上凸緣；和 在所述中壁和所述下壁之間限定的下凸緣。
4. 根據(jù)權利要求3所述的襯底支座，其特征在于，所述上凸緣比 所述下凸緣短。
5. 根據(jù)權利要求1所述的襯底支座，其特征在于，進一步包括設置在所述主體中的電阻式加熱器。
6. 根據(jù)權利要求1所述的襯底支座，其特征在于，進一步包括設置在所述主體中的至少一個溫度傳感器。
7. 根據(jù)權利要求1所述的襯底支座，其特征在于，進一步包括設置在所述主體中的第一溫度傳感器，以及 第二溫度傳感器，其設置在在所述主體中，在所述第一傳感器的 徑向向內(nèi)側(cè)。
8. 根據(jù)權利要求1所述的襯底支座，其特征在于，進一步包括 基座；以及連接到所述基座且部分地延伸進入所述主體的升降銷導引組件。
9. 根據(jù)權利要求8所述的襯底支座，其特征在于，所述基座進一 步包括在所述基座中形成的至少兩個隔離的冷卻管道，所述管道中適合 流動傳熱流體。
10. 根據(jù)權利要求9所述的襯底支座，其特征在于，所述基座進 一步包括嵌入在所述基座中的熱隔離體，其在每個隔離的冷卻管道之間。
11. 根據(jù)權利要求8所述的襯底支座，其特征在于，升降銷導引 組件進一步包括導引裝置，其具有與所述主體的下表面中的凹槽嚙合的上凸起和 下凸起；以及保持裝置，其連接到所述基座，且具有圍繞所述下凸起的至少一 部分延伸的套筒。
12. 根據(jù)權利要求11所述的襯底支座，其特征在于，所述升降銷 導引組件進一步包括夾在所述導弓I裝置和所述保持裝置之間的彈性元件。
13. —種適合用于半導體處理室中的襯底支座，其特征在于，該 襯底支座包括靜電卡盤，該靜電卡盤包括具有在階梯狀外壁上限定的具有上凸緣和下凸緣的陶瓷主體， 所述上凸緣比所述下凸緣短；以及 嵌入所述主體中的箝位電極； 基座；以及連接到所述基座且部分地延伸入所述主體的升降銷導引組件。
14. 根據(jù)權利要求13所述的襯底支座，其特征在于，所述階梯狀外壁進一步包括 上壁；中壁；以及下壁。
15. 根據(jù)權利要求14所述的襯底支座，其特征在于，所述中壁的 高度比所述下壁的高度小且比所述上壁的高度大。
16. 根據(jù)權利要求15所述的襯底支座，其特征在于，進一步包括 設置在所述主體中的電阻式加熱器； 設置在所述主體中的第一溫度傳感器；以及 設置在所述主體中的第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器設置在所述第一溫度傳感器的徑向向內(nèi)側(cè)。
17. 根據(jù)權利要求13所述的襯底支座，其特征在于，所述基座進 一步包括在其中形成的至少兩個隔離的冷卻管道，所述冷卻管道中適合流 動傳熱流體。
18. 根據(jù)權利要求17所述的襯底支座，其特征在于，所述基座進 一步包括嵌入在所述基座中的熱隔離體，其在每個隔離的冷卻管道之間。
19. 根據(jù)權利要求13所述的襯底支座，其特征在于，所述升降銷 導引組件進一步包括導引裝置，其具有與所述主體的下表面中的凹槽嚙合的上凸起和 下凸起；以及保持裝置，其連接到所述基座，且具有圍繞所述下凸起的至少一 部分延伸的套筒。
20. 根據(jù)權利要求19所述的襯底支座，其特征在于，所述升降銷 導引組件進一步包括夾在所述導引裝置和所述保持裝置之間的彈性元件。
21. —種適合用于半導體處理室中的襯底支座，其特征在于，該 襯底支座包括靜電卡盤，該靜電卡盤包括具有在階梯狀外壁上限定的具有上凸緣和下凸緣的陶瓷主體， 所述上凸緣比所述下凸緣短；嵌入所述主體中的箝位電極；設置在所述主體中的電阻加熱器；設置在所述主體中的第一溫度傳感器；以及設置在所述主體中的第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器設 置在所述第一溫度傳感器的徑向向內(nèi)側(cè)；以及 基座，所述基座包括在其中形成的至少兩個隔離的冷卻管道，所述冷卻管道中適合 流動傳熱流體；以及嵌入在所述基座中的絕熱體，其在每個隔離的冷卻管道之間；以及升降銷導引組件，其連接到所述基座且部分地延伸入所述主體， 所述升降銷導引組件包括-導引裝置，其具有與所述主體的下表面中的凹槽嚙合的上凸起 和下凸起；以及保持裝置，其連接到所述基座，且具有圍繞所述下凸起的至少 一部分延伸的套筒；以及夾在所述導弓I裝置和所述保持裝置之間的彈性元件。
專利摘要本實用新型的實施方式提供一種裝置，諸如處理室，其適合于蝕刻高縱橫比結構。其它的實施方式包括在處理室中使用的襯底支座。在一個實施方式中，襯底支座包括靜電卡盤，該靜電卡盤包括具有由上壁、中壁和下壁限定外徑的主體。中壁的高度小于下壁的高度且大于上壁的高度?？ūP也包括嵌入其中的箝位電極。在另一個實施方式中，適合用于半導體處理室中的襯底支座包括靜電卡盤、基座和連接到基座且部分地延伸進入靜電卡盤主體的升降銷導引組件。
文檔編號H01L21/683GK201054347SQ20062013270
公開日2008年4月30日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權日2006年5月3日
發(fā)明者A·帕藤森, D·E·居蒂耶雷, D·M·科紹, D·斯坎倫, F·阿布阿馬里, H·道, J·P·霍蘭, J·W·迪茨, J·Z·何, J·迪內(nèi)夫, K·A·麥克唐納, R·S·克拉克, S·帕馬希, S·德斯姆科, X·周 申請人:應用材料有限公司